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Die
Erfindung betrifft einen Ventiltrieb für eine Brennkraftmaschine mit
den Merkmalen aus dem Oberbegriff des Patentanspruches 1.
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Die
Erfindung geht von einer INA-Schaeffler KG Motorenelemente Produktpräsentation
vom Januar 1999 aus. In dieser ist ein PIN-Ball-Stößel (Ventiltasse)
zur Verbesserung der Ventiltriebsfunktion beschrieben. Der Ventiltrieb
ist für
eine Brennkraftmaschine vorgesehen und umfasst eine Nockenwelle
mit einem Nocken, wobei der Nocken eine Grundkreisphase und eine
Erhebungsphase aufweist. Ferner verfügt der Ventiltrieb über ein
Gaswechselventil mit einem Ventilschaft sowie einer zwischen dem
Nocken und dem Ventilschaft spielfrei angeordneten Ventiltasse.
Die Ventiltasse steht über
einen Betätigungsdeckel
mit dem Nocken in Wirkverbindung. Zwischen dem Betätigungsdeckel
und dem Ventilschaft ist ein hydraulisches Spielausgleichselement angeordnet.
Das hydraulische Spielausgleichselement verfügt über einen Druckraum in einem
Gehäuse,
welches mit einem Druckmedium, dem Brennkraftmaschinenschmiermittel,
befüllbar
ist. Ferner weist der Druckraum eine Öffnung auf, die mit einem Verschlusselement,
einer Kugel, gegen die Federkraft einer Druckfeder verschließbar ist.
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Die
aus dem Stand der Technik bekannte Tasse ist zweiteilig ausgeführt, wobei
ein Teil immer Kontakt zur Nockenwelle hat. Die derzeit in der Serienproduktion
eingesetzte Schalttasse (Porsche Turbo/Cayman) ist beispielsweise
als Ventilhubumschaltung ausgeführt.
Der große
Ventilhub wird durch zwei symmetrisch gleiche Nocken dargestellt,
der kleine Ventilhub durch einen in der Symmetrieebene dazwischen
angeordneten Einfachnocken. Bei einer Ventilabschaltung kann der
mittlere Nocken als Nullnocken ausgeführt werden. Das bedingt einen
sehr breiten Nocken pro Ventil und damit sind Einschränkungen bei
der Zylinderkopfgestaltung verbunden.
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Aufgabe
der vorliegenden Erfindung ist es eine Maßnahme aufzuzeigen, die o.
g. Nachteile vermeidet.
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Diese
Aufgabe wird erfindungsgemäß durch die
Merkmale im kennzeichnenden Teil des Patentanspruches 1 gelöst.
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Die
Erfindung erweitert nun den PIN-Ball-Stößel mit der „Ein-Nocken-Schalttasse", so dass sich das
hydraulische Ventilspielausgleichselement nicht mehr „aufpumpen" kann. Dazu muss
der Pin-Ball-Stößel derart
abgeändert
werden, dass der Druck im hydraulischen Ventilspielausgleichselement nicht
nur entspannt wird, sondern dass das System auch in eine definierte
Lage gebracht wird.
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Der
PIN-Ball-Stößel ist
gemäß der Erfindung nur
im entriegelten Zustand der „Ein-Nocken-Schalttasse" aktiv. Die Ventiltasse
wird durch den Hub des Nockens nach unten gedrückt, der Innenteil der Ventiltasse
mit dem hydraulischen Ventilspielausgleichselement und dem PIN-Ball-Stößel bleibt
aber in seiner Position. Durch ein Langloch im Blockierelement und
durch ein Loch im Gehäuse
kommt der PIN-Ball-Stößel nun
mit der Erhebungsphase des Nockens in Kontakt und drückt das
hydraulische Ventilspielausgleichselement mit dem Anschlag auf Sollmaß zusammen.
Dadurch wird gewährleistet, dass sich
dass hydraulische Ventilspielausgleichselement nur soweit „aufpumpt", dass der Verriegelungsmechanismus
beim nächsten
Arbeitsspiel wieder funktioniert. Dazu muss die Länge des
Druckelementes genau mit den umgebenden Bauteilen abgestimmt sein.
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Das
Druckelement trifft kurz vor Erreichen der maximalen Erhebung auf
den Nocken, die auftretenden Kräfte
sind aber dennoch gering, da die Zylinderabschaltung nur im unteren
Drehzahlbereich aktiv ist und die Beschleunigungen im betreffenden
Nockenbereich sehr gering sind. Alternativ kann man sich auch analog
zum Pin-Ball-Stößel eine
Nut mit separater Erhebungskurve vorstellen.
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Durch
die Erfindung kann in vorteilhafter Weise auf das außen liegende
Nockenpaar verzichtet werden und der Ventilhub wird durch eine zentral über dem
Gaswechselventil angeordnete Nocke, wie bei einer klassischen Tassensteuerung,
dargestellt. Der Bauraum für
eine erfindungsgemäße Schalttasse
wird dadurch deutlich reduziert.
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Durch
die erfindungsgemäße Ausgestaltung kann
außerdem
die Nut in der Erhebungsphase des Nockens entfallen, wodurch der
Nocken nun mittig auf dem Tassenstößel laufen kann und somit den
gesamten Ventiltassendurchmesser ausnutzen kann. Durch den Verzicht
auf die Nut in der Nocke hat die erfindungsgemäße Konstruktion trotz uneingeschränkter Funktionsfähigkeit
des Ventiltriebes keinen Einfluss auf die Masse der Nockenwelle.
Schwingungsprobleme sind so sicher vermieden.
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Die
Ausgestaltung gemäß Patentanspruch
2 ermöglicht
eine einfache Fertigung der Ventiltasse.
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Die
Ausgestaltung gemäß Patentanspruch
3 gewährleistet
das gewünschte
Widerlager für
den Druckraum, um ein Aufpumpen des hydraulischen Ventil spielausgleichselementes
zu verhindern, da das Element bei jedem „Ventilhub", im abgeschalteten Zustand, wieder
in seine Ausgangslage gebracht wird.
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Der
Verschiebeweg des Druckelementes gemäß Patentanspruch 4 ist ein
besonders bevorzugter Bereich.
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Mit
der Ausgestaltung gemäß Patentanspruch
5 kann für
das Gaswechselventil der Ventilhub des Gaswechselventils abgeschaltet
werden.
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Die
Ausgestaltungen gemäß den Patentansprüchen 6 und
7 sind besonders bevorzugt.
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Die
Betätigung
des Blockierelementes gemäß Patentanspruch
8 ist eine in der Praxis bewährte Möglichkeit.
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Durch
die Ausgestaltung gemäß Patentanspruch
9 wird eine besonders klein, bzw. kompakt bauende Ventiltasse erzielt.
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Die
Ausgestaltung gemäß Patentanspruch 10
unterstützt
das zweite Federelement in seiner federnden Wirkung.
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Im
Folgenden ist die Erfindung anhand eines besonders bevorzugten Ausführungsbeispieles
in fünf
Figuren näher
erläutert.
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1 zeigt
einen Schnitt durch einen erfindungsgemäß ausgestalteten Ventiltrieb
für eine Brennkraftmaschine,
wobei eine Grundkreisphase eines Nockens mit einer Ventiltasse in
Wirkverbindung steht und ein Gaswechselventil abgeschaltet ist;
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1a zeigt
die gleiche Stellung des Ventiltriebs wie 1, jedoch
geschnitten in Richtung einer Nockenwellenlängsachse;
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2 zeigt
den gleichen Schnitt wie 1, wobei eine Erhebungsphase
des Nockens mit der Ventiltasse in Wirkverbindung steht und das
Gaswechselventil abgeschaltet ist;
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3 zeigt
den gleichen Schnitt wie 1 und 2, wobei
der Grundkreis des Nockens mit der Ventiltasse in Wirkverbindung
steht und das Gaswechselventil von der Nocke betätigbar ist;
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4 zeigt
einen Schnitt H-H aus 3 durch die schaltbare Ventiltasse.
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In
den 1 bis 5 gelten für die gleichen Bauteile
die gleichen Bezugszeichen.
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1 zeigt
einen Schnitt durch ein besonders bevorzugtes Ausführungsbeispiel
eines erfindungsgemäß ausgestalteten
Ventiltriebes 1 für
eine nicht dargestellte Brennkraftmaschine, wobei eine Grundkreisphase 2a eines
Nockens 2 mit einer Ventiltasse 4 in Wirkverbindung
steht und ein Gaswechselventil 3 abgeschaltet ist. Der
Ventiltrieb 1 beinhaltet eine Nockenwelle mit dem Nocken 2 mit
der Grundkreisphase 2a und einer Erhebungsphase 2b. Die
Grundkreisphase 2a des Nockens 2 befindet sich in
Wirkverbindung mit einem Betätigungsdeckel 5 einer
Ventiltasse 4. Die Ventiltasse 4 ist als schaltbare Ventiltasse 4 ausgebildet,
d.h. das Gaswechselventil 3 ist abschaltbar. Auf der dem
Nocken 2 abgewandten Seite ist die Ventiltasse 4 auf
einem Ventilschaft 3a eines Gaswechselventils 3 abgestützt. Radial
um den Ventilschaft 3a ist ein Ventilteller 17 ortsfest
an den Ventilschaft 3a angeordnet und über eine Ventilfeder 14 gegen
einen nicht dargestellten Zylinderkopf abgestützt.
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Zwischen
dem Ventilschaft 3a und der Ventiltasse 4 ist
ein hydraulisches Spielausgleichselement 6 angeordnet.
Das Spielausgleichselement 6 verfügt über einen Druckraum 9,
der in einem Gehäuse 9a angeordnet
ist. Das Gehäuse 9a ist
dreiteilig ausgeführt,
wobei die drei Gehäuseteile
koaxial zueinander angeordnet sind und nicht separat beziffert sind.
Die zwei äußeren Gehäuseteile
lassen sich in axialer Richtung gegeneinander verschieben. Das innere Gehäuseteil
weist eine Öffnung 9b auf,
aus der ein Druckmittel aus dem Druckraum 9 abgeführt werden kann.
Die Befüllung
des Druckraumes 9 mit dem Druckmittel ist hier nicht näher erläutert, da
dieses aus dem Stand der Technik allgemein bekannt ist. Um den Druck
im Druckraum 9 abbauen zu können, verfügt der Druckraum 9 über ein
Verschlusselement 8, eine Kugel, welches gegen ein Federelement 7, eine
Spiralfeder, abgestützt
ist und somit die Öffnung 9b verschließt. Beim
Betrieb der Brennkraftmaschine wird der Druckraum 9 ständig mit
dem Schmiermitteldruck der Brennkraftmaschine beaufschlagt, um eine Spielfreiheit
des Ventiltriebes 1 zu gewährleisten.
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Um
ein Aufpumpen des Spielausgleichselementes 6 im abgeschalteten
Zustand mit dem Druckmittel zu verhindern, ist auf dem Verschlusselement 8 nockenseitig
ein Druckelement 10, ein stangenförmiger Druckstift, abgestützt. Wird
dieses Druckelement 10 gegen die Federkraft des Federelementes 7 gedrückt, wird
die Öffnung 9b von
dem Verschlusselement 8 geöffnet und Druckmittel kann
aus dem Druckraum 9 entweichen. Dieses Öffnen des Verschlusselementes 8 erfolgt
in der erfindungsgemäßen Ausgestaltung
während
der Zeit, in der die Erhebungsphase 2b des Nockens 2 mit
dem Betätigungsdeckel 5 in
Wirkverbindung steht. Hierfür
weist der Betätigungsdeckel 5 eine
Bohrung 5a auf, durch die das Druckelement 10 ragen
kann. Damit das Druckelement 10 nicht zu weit aus dem Betätigungsdeckel 5 herausragt,
verfügt
das Druckelement 10 über
einen ersten Anschlag 10a, der in dem Gehäuse 9a angeordnet
ist. Erfindungsgemäß weist
das Druckelement 10 einen zweiten Anschlag 10b auf,
der in dem Gehäuse 9a auf
der dem ersten Anschlag 10a gegenüber liegenden Seite angeordnet
ist. Die Schmiermittelversorgung findet über einen zweiten Druckmittelzufluss 16 statt,
führt weiter
in einer Ringnut um den Verriegelungsmechanismus herum, in einen
durch ein Formblech abgedichteten Raum. Weitere Details sind auch
aus 1a entnehmbar. Aus diesem Raum kann das Schmiermittel
durch ein Bohrungssystem zu einem Versorgungsraum des hydraulischen
Spielausgleichselementes 6 gelangen.
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Wie
bereits dargestellt, verfügt
das besonders bevorzugte Ausführungsbeispiel
des erfindungsgemäßen Ventiltriebes 1 über eine
Gaswechselventilabschaltung, die im Folgenden näher erläutert ist. In diesem Zusammenhang
wird noch mal darauf hingewiesen, dass in den 1, 1a und 2 die
Gaswechselventilabschaltung aktiv ist, d. h. dass das Gaswechselventil 3 abgeschaltet
ist. Für die
Gaswechselventilabschaltung verfügt
das Gehäuse 9a geodätisch oberhalb
des Druckraumes 9 über
eine Querbohrung, in der ein schiebebewegliches Blockierelement 13 angeordnet
ist. Das Blockierelement 13 verfügt seinerseits über eine Öffnung 13a,
durch die das Druckelement 10 in Richtung Nocken 2 ragt.
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Auf
einer Seite ist das Druckelement 13 durch einen ersten
Druckmittelzufluss 15 mit einem Druckmittel gegen eine
Federkraft eines dritten Federelementes 12 beaufschlagbar.
Ist es, wie in 1 dargestellt, mit Druckmittel
beaufschlagt, drückt
der Nocken mit seiner Erhebungsphase 2b die Ventiltasse 4 in
Richtung Gaswechselventil 3 am Gehäuse 9a vorbei, wodurch
das Gaswechselventil 3 nicht betätigt, d. h. deaktiviert ist.
Hierbei drückt
die Erhebungsphase 2b des Nockens 2 die Ventiltasse 4 entgegen der
Federkraft des zweiten Federelementes 11, welches koaxial
zur Ventilfeder 14 angeordnet ist. Dreht sich der Nocken 2 weiter,
drückt
das zweite Federelement 11 gemeinsam mit einem zwischen
dem Gehäuse 9a und
dem Betätigungsdeckel 5 angeordnetem
vierten Federelement 18 die Ventiltasse am Gehäu se 9a entlang
in Richtung einer Längsachse 4a der
Ventiltasse 4 wieder nach oben.
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1a zeigt
die gleiche Stellung des Ventiltriebs 1 wie 1,
jedoch geschnitten in Richtung einer Nockenwellenlängsachse.
In 1 ist die Druckmittelversorgung des hydraulischen
Ventilspielausgleichs erkennbar. Das Verschlusselement 8 ist
so ausgebildet, dass es einen unteren Anschlag für das Gehäuse 9a bietet. Dadurch
ist gewährleistet,
dass das vierte Federelement 18 das Gehäuse in die richtige Position
für eine
erfolgreiche Verriegelung schiebt.
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In 2 ist
der gleiche Schnitt durch den Ventiltrieb 1 wie in 1 dargestellt,
jedoch in einer Stellung des Nockens 2, wenn die Erhebungsphase 2b die
Ventiltasse 4 am Gehäuse 9a vorbei
nach unten gedrückt
hat. Zur Unterstützung
des zweiten Federelementes 11 ist zwischen dem Gehäuse 9a und dem
Betätigungsdeckel 5 das
vierte Federelement 18 vorgesehen, welches in anderen Ausführungsbeispielen
jedoch auch entfallen kann. Das vierte Federelement 18 soll
verhindern, dass die „Innentasse" durch Scheerkräfte aus
dem Schmiermittelfilm und durch Unterdruck der in dem Raum in dem
das vierte Federelement 18 angeordnet ist entsteht, nach
oben bewegt wird. Den Unterdruck kann man auch durch eine Belüftungsbohrung
(hier nicht dargestellt) in der Ventiltasse 4 reduzieren.
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Wie
aus den 1, 1a und 2 erkennbar
ist, wird während
der Zeitdauer einer Gaswechselventildeaktivierung bei jeder Drehung
der Nocke 2 das Druckelement 10 niedergedrückt, wodurch
das Verschlusselement 8 in Richtung Druckraum 9 gedrückt wird
und überflüssiges Druckmittel aus
dem Druckraum 9 in das Gehäuse 9a entweichen
kann.
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3 zeigt
nochmals den gleichen Schnitt durch den gleichen erfindungsgemäßen Ventiltrieb wie
die 1 und 2, jedoch mit dem Unterschied, dass
das Blockierelement 13 nun nicht mit Druckmittel beaufschlagt
ist, weshalb das Blockierelement 13 von dem dritten Federelement 12 seitlich
in eine Bohrung in einem Hemd der Ventiltasse 4 gedrückt ist.
Hierdurch wird die Ventiltasse 4 gegenüber dem Gehäuse 9a mechanisch
blockiert, weshalb nun der gesamte Hub der Erhebungsphase 2b des
Nockens 2 in dieser Konfiguration auf das Gaswechselventil 3 übertragen
wird. Um den Schaltmechanismus des Blockierelementes 13 nochmals
genauer darzustellen, ist in 3 ein Schnitt
H-H durch das Druckelement 13 gelegt, der in 4 dargestellt
ist. Nicht dargestellt ist eine Belüftungsbohrung, die den Federraum
des dritten Federelementes 12 mit der Umgebung verbindet.
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4 zeigt
den Schnitt H-H durch das Druckelement 13 aus 3.
Zentrisch im Schnitt H-H befindet sich in der Öffnung 13a des Druckelementes 13 das
Druckelement 10. Das Druckelement 13 hat einen
runden Querschnitt und ist somit im Gehäuse 9a, sowie im Hemd
der Ventiltasse 4 geführt.
An den Austrittsenden der Verriegelungsbohrung ist das Gehäuse 9a abgeflacht
und wird durch die äußeren Hülsen der
Verriegelung gegen ein Verdrehen gesichert. Einenends des Druckelementes 13 ist
das dritte Federelement 12 angeordnet, welches das Druckelement 13 in
die in 3 dargestellte Verriegelungsposition drückt.
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Erfindungsgemäß wird zuerst
das Verschlusselement 8 von der Erhebungsphase 2b von
dem Druckelement 10 nach unten gedrückt, dann drückt das
Druckelement 10 das Spielausgleichselement 6 zusammen.
Das Druckmittel kann beispielsweise über Nuten im Druckelement 10 bzw.
Nuten im zweiten Anschlag 10b aus dem Spielausgleichselement 6 austreten.
Somit kann der Hubnocken erfindungsgemäß mittig auf dem Betätigungsdeckel 5 der
Ventiltasse 4 laufen und kann somit in vorteilhafter Weise den
gesamten Ventiltassendurchmesser ausnutzen.
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- 1
- Ventiltrieb
- 2
- Nocken
- 2a
- Grundkreisphase
- 2b
- Erhebungsphase
- 3
- Gaswechselventil
- 3a
- Ventilschaft
- 4
- Ventiltasse
- 4a
- Längsachse
- 5
- Betätigungsdeckel
- 5a
- Bohrung
- 6
- Spielausgleichselement
- 7
- Federelement
- 8
- Verschlusselement
- 9
- Druckraum
- 9a
- Gehäuse
- 9b
- Öffnung
- 10
- Druckelement
- 10a
- Anschlag
- 10b
- Zweiter
Anschlag
- 11
- Zweites
Federelement
- 12
- Drittes
Federelement
- 13
- Blockierelement
- 13a
- Öffnung
- 14
- Ventilfeder
- 15
- erster
Druckmittelzufluss
- 16
- zweiter
Druckmittelzufluss
- 17
- Ventilfeder-Federteller
- 18
- Viertes
Federelement