DE19515284A1

DE19515284A1 - Nockenfolger eines Ventiltriebs einer Brennkraftmaschine

Info

Publication number: DE19515284A1
Application number: DE19515284A
Authority: DE
Inventors: Harald Elendt; Michael Dipl Ing Haas; Gerhard Dr Ing Maas
Original assignee: INA Waelzlager Schaeffler OHG
Current assignee: INA Waelzlager Schaeffler OHG
Priority date: 1995-04-26
Filing date: 1995-04-26
Publication date: 1996-10-31
Also published as: WO1996034185A1; KR100332244B1; KR19990008015A; US5823151A; DE19680280C1

Description

Die Erfindung betrifft einen Nockenfolger eines Ventiltriebs einer Brennkraftma schine oder ein Abstützelement für einen Schlepphebel mit Mitteln zur Um schaltung auf zumindest zwei unterschiedliche Hubhöhen wenigstens eines Gaswechselventils, bestehend aus einem Innen- und einem Außenelement, die axial ineinander gesteckt sind, welche über radial oder sekantenartig verlaufen de Koppelmittel zumindest mittelbar miteinander koppelbar sind, wobei bei einer Kopplung beider Elemente ein großer Ventilhub und bei einer Entkopp lung der Elemente ein geringer Ventilhub realisiert werden und wobei die Koppelmittel die Elemente unter der Kraft eines Federmittels koppeln und unter Hydraulikdruck entkoppeln.

Ein derartiger Nockenfolger ist gattungsbildend aus dem DE-GM 93 15 436.4 vorbekannt. Bei diesem erfolgt ebenfalls eine Kopplung von Innen- und Außen element über Federkraft und eine Entkopplung über Hydraulikmitteldruck. Dieses Schaltprinzip erweist sich deshalb an abschaltbaren Nockenfolgern bzw. Abstützelementen als sinnvoll, da bei jeweiliger Erstbefeuerung bzw. Wie derbefeuerung der Brennkraftmaschine zum Start sämtliche Zylinder gebraucht werden. Somit ist es lediglich für den Startvorgang erforderlich, welcher ausgeht von einer Leerlaufdrehzahl, beide Abschnitte gekoppelt zu haben, so daß das jeweilige Ventil im Sinne des Nockens größeren Hubes öffnet und ein ord nungsgemäßer Ladungswechsel vollzogen werden kann. Andererseits sollen nach Warmlaufen der Brennkraftmaschine, in einem Bereich zwischen ihrem Leerlauf und der Teillast, beide Stößelabschnitte entkoppelt, d. h., die Koppel elemente über Hydraulikmitteldruck in Entkoppelrichtung entgegen Federkraft verschoben sein. Geht man nun von einer gemeinsamen Hydraulikdruckver sorgung aus und daß beispielsweise bei einer Drehzahl von etwa 3.000 U/min beide Stößelabschnitte gekoppelt werden sollen, so muß der Hydraulikdruck reduziert werden, so daß die Koppelmittel in ihre Koppelstellung verschoben werden. Da jedoch bei diesen Drehzahlen die Spielausgleichseinrichtung einen relativ hohen Hydraulikdruckbedarf, hervorgerufen durch die stärker werdende Verschäumung des Hydraulikmittels bei höheren Drehzahlen, hat, muß von einem relativ hochliegenden Hydraulikdruck, welcher die Koppelmittel in Entkoppelstellung hält, auf einen niederen Hydraulikdruck geschaltet werden. Dieser niedere Hydraulikdruck muß jedoch bei den üblicherweise gefahrenen Drehzahlen ausreichend sein, das Spielausgleichselement optimal zu versorgen (beispielsweise 2 bis 2,5 bar). Somit macht es sich erforderlich, den Entriegel druck des Hydraulikmittels oberhalb des eben genannten Wertes anzusiedeln. Daher müßte eine Hydraulikpumpe vorgesehen sein, welche schon im Leerlauf bis zum unteren Teillastbereich sehr hohe Hydraulikdrücke erzeugt. Dies ist mit herkömmlichen Ölpumpen nicht realisierbar. Andererseits müßten dann die Federkräfte, welche die Koppelmittel entgegen Hydraulikdruck für den ge wünschten Koppelzustand der Einheiten beaufschlagen, ebenfalls extrem hoch gewählt werden. Hier sind schon allein durch den vorhandenen Bauraum im Nockenfolger Grenzen gesetzt.

Der Erfindung liegt daher die Aufgabe zugrunde, einen Nockenfolger der eingangs genannten Art zu schaffen, bei dem die aufgezeigten Nachteile besei tigt sind und insbesondere eine Koppel- und Entkoppelvorrichtung für seine beiden Elemente geschaffen ist, bei welcher mit geringen Hydraulikdrücken bzw. Federkräften der jeweils gewünschte Koppelzustand hergestellt ist und bei welchem gleichzeitig eine optimale Versorgung seines Spielausgleichselements über den gesamten Drehzahlbereich hinweg gesichert ist.

Erfindungsgemäß wird diese Aufgabe durch den kennzeichnenden Teil des Anspruchs 1 dadurch gelöst, daß, ausgehend vom Außenelement, je zwei voneinander getrennte Pfade zur Beaufschlagung und Versorgung der Koppel mittel bzw. einer hydraulischen Spielausgleichseinrichtung im Innenelement verlaufen, daß die Kraft der Federmittel derart ausgelegt ist, daß eine Entkopp lung entgegen Federkraft bei einem Hydraulikdruck realisiert ist, der bei Be triebstemperatur der Brennkraftmaschine kleiner bzw. gleich einem minimal erforderlichen Hydraulikdruck zur Versorgung der Spielausgleichseinrichtung ist, wobei dem Pfad der Koppelmittel ein Schaltventil vorgeordnet ist, durch das bei Warmlauf (Betriebstemperatur) der Brennkraftmaschine und Betrieb dieser im Teil- oder Vollastbereich der Hydraulikdruck im Pfad auf ein Niveau reduziert ist, daß unterhalb und beabstandet zu dem Hydraulikdruck liegt, der zur Ver schiebung der Koppelmittel zur Entkopplung der Elemente dient, so daß eine Kopplung an beiden Elementen vorliegt.

Dadurch, daß die Hydraulikdruckversorgung der Koppelmittel und der Spielaus gleichseinrichtung im Nockenfolger bzw. Abstützelement getrennt ausgebildet und gleichzeitig dem Pfad zur Beaufschlagung der Koppelmittel ein Schaltventil vorgeordnet ist, gelingt es erstmalig, mit extrem niedrigen Schaltdrücken die Koppelmittel zu beaufschlagen, wobei gleichzeitig die Spielausgleichseinrich tung über den gesamten gefahrenen Drehzahlbereich hinweg optimal versorgt ist. So ist durch die Auslegung der Feder (relativ schwach) garantiert, daß bei Leerlaufdrehzahl der Brennkraftmaschine bis zu einem Teillastbereich dieser (beispielsweise 3.000 U/min) eine Entkopplung der beiden Abschnitte herge stellt werden kann.

Nach Anspruch 2 sind die Federmittel, welche die Koppelmittel in Koppelrich tung verschieben, derart ausgelegt, daß die Koppelmittel bei einem Hydraulik druck ab 0,47 bis etwa 0,6 bar in Entkoppelrichtung verschoben sind. Somit ist schon bei Leerlaufdrehzahl der Brennkraftmaschine (beispielsweise 750 U/min) ein sicheres Entkoppeln der beiden Abschnitte des Nockenfolgers garantiert, was bisher bei den im Stand der Technik zu fahrenden hohen Hydraulikdrücken nicht sicher garantiert war. Gleichzeitig ist es vorgesehen, durch ein nicht näher zu beschreibendes Schaltventil im Pfad vor den Koppelmitteln bei einer Dreh zahl der Brennkraftmaschine ab etwa 3.000 U/min bis Maximaldrehzahl den Hydraulikdruck auf ein Niveau zwischen 0 und etwa 0,3 bar zu reduzieren, so daß die Koppelmittel über die Kraft der schwach dimensionierten Federmittel in Koppelrichtung verschoben sind. Gleichzeitig wird durch den ungehindert im Pfad vor der Spielausgleichseinrichtung anliegenden Hydraulikdruck gesichert, daß diese über den gesamten Drehzahlbereich hinweg optimal, somit auch bei verstärkt auftretender Ölverschäumung, mit Hydraulikdruck versorgt ist. Eine wichtige erfindungsgemäße Ausgestaltung ist es, daß der Hysteresebereich zwischen sicherem Entkoppeln und sicherem Koppeln ausreichend groß gestal tet ist, um unsichere Schaltzustände zu vermeiden. Mit anderen Worten ausge drückt, muß das Toleranzfeld des Schaltventils bei seinem geschalteten Zustand (Abschaltung Hydraulikdruck) ausreichend beabstandet von dem Toleranzfeld des sicheren Entkoppelns der Koppelmittel bei Heißleerlauf liegen (siehe auch Fig. 3).

In weiterer Ausgestaltung der Erfindung ist es vorgesehen, daß das Schaltventil im geschalteten Zustand der Einheiten den Hydraulikdruck auf etwa 0,1 bar im Pfad vor den Koppelmitteln reduziert. Es ist zwar denkbar, den Hydraulikdruck in diesem Pfad für diesen Schaltzustand ebenfalls auf 0 bar zu reduzieren, jedoch garantiert die leichte Anhebung dieses Druckes auf etwa 0,1 bar die schnellere Ansprechbarkeit der vorgenannten Einrichtung.

Nach Anspruch 4 soll zwar diese Reduzierung des Hydraulikdruckes ab einer Drehzahl der Brennkraftmaschine von etwa 3.000 U/min an realisiert werden, jedoch sind auch andere Schaltdrehzahlen in Abhängigkeit des Typs der Brenn kraftmaschine bzw. weiterer Parameter denkbar.

Schließlich geht es in Konkretisierung der Erfindung aus Anspruch 5 hervor, daß nach dem Kaltstart der Brennkraftmaschine bis zu ihrem Warmlauf der Hydrau likdruck im Pfad vor den Koppelmitteln auf ebenfalls etwa 0,1 bar reduziert ist, so daß die beiden Einheiten gekoppelt vorliegen. Dieser Koppelzustand erweist sich als zwingend notwendig, um die Brennkraftmaschine starten zu können.

Eine Anwendung soll der hier beschriebene schaltbare Nockenfolger zwar insbesondere bei Ventiltrieben mit selektiver Zylinderabschaltung finden, so wie sie beispielsweise an V-Motoren realisiert werden kann, jedoch ist auch an einzelne Ventilabschaltungen bei Mehrventiltechnik, beispielsweise an Ein laßventilen, gedacht.

Die Erfindung ist in der Zeichnung dargestellt. Es zeigen:

Fig. 1, 2 zueinander um 90° versetzte Längsschnitte durch einen Noc kenfolger und die

Fig. 3 im Diagramm den Druckverlauf im Pfad vor den Koppel mit teln und der Spielausgleichseinrichtung über der Drehzahl aufgetragen.

Aus Fig. 1 geht ein Nockenfolger 1 hervor. Dieser ist hier als tassenförmiger Stößel ausgebildet, kann jedoch auch sinnverwandt als Abstützelement betrach tet werden. Der Nockenfolger 1 besteht aus einem Innen- und Außenelement 2, 3. Beide Elemente 2, 3 sind konzentrisch ineinander gesteckt. Im Bodenbe reich dieser Elemente 2, 3 verlaufen, wie der Fig. 2 näher zu entnehmen ist, radial verlagerbare Koppelmittel 4. Diese Koppelmittel 4 sind bei dieser Ausge staltung im Außenelement 3 angeordnet und in Koppelrichtung über die Kraft zumindest je eines Federmittels 5 radial von außen nach innen verlagerbar. Auf einen kreisringförmigen Boden 6 des Außenelements 3 wirkt zumindest ein Nocken großen Hubes ein, wobei ein kreisförmiger Boden 7 des Innenelements 2 von einem Nocken kleineren Hubes bzw. O-Hubes beaufschlagt ist. Eine Kopplung beider Elemente 2, 3 über die Koppelmittel 4 über Federkraft ent gegen Hydraulikdruck bewirkt eine Übertragung des Hubes des Nockens großen Hubes über das Außenelement 3 und das Innenelement 2 auf zumindest ein nicht dargestelltes Gaswechselventil. Im Entkoppelzustand der beiden Ele mente 2, 3 vollzieht das Außenelement 3 einen Leerhub gegenüber dem Innen element 2. Das Gaswechselventil öffnet im Sinne des Hubes des Nockens kleineren Hubes.

Ausgehend vom Außenelement 3 verlaufen im Nockenfolger 1 getrennte Pfade 9, 8. Diese Pfade 9, 8 dienen zur Übertragung des Hydraulikmittels zum einen zu den Koppelmitteln 4 und zum anderen zu einer hydraulischen Spielaus gleichseinrichtung 10, welche im Innenelement 2 verläuft und dem Gaswechsel ventil zugewandt ist.

Auf den weiteren Aufbau eines derartigen schaltbaren Nockenfolgers 1 soll an dieser Stelle nicht näher eingegangen werden, weil dies der Fachwelt hinrei chend bekannt ist.

Nun ist die Kraft der Federmittel 5 so ausgelegt, daß eine Entkopplung entgegen Federkraft bei einem Hydraulikdruck realisiert ist, der etwa 0,47 bis 0,6 bar bei Leerlaufdrehzahl der Brennkraftmaschine beträgt (siehe Fig. 3). Der Graph O_AZ1,2 kennzeichnet nun den Druckanstieg an Hydraulikmittel im Pfad vor den Koppelmitteln 4 und der Spielausgleichseinrichtung 10. Ab einer Drehzahl n₂ von etwa 3.000 U/min wird der Hydraulikdruck im Pfad 9 durch ein Schaltven til 11 auf etwa auf 0,1 bar (O_CZ2) reduziert. Die Koppelmittel 4 werden somit über die Kraft ihrer Federmittel 5 in Koppelstellung verschoben. Somit öffnet ab diesem Drehzahlbereich das Gaswechselventil vollständig. Gleichzeitig ist die Spielausgleichseinrichtung 10 über den getrennten Pfad 8 optimal mit Hydrau likmitteldruck, so wie in der Beschreibungseinleitung aufgeführt, versorgt. Fällt nun während des weiteren Betriebes der Brennkraftmaschine (Warmlauf vor ausgesetzt) die Betriebsdrehzahl dieser unterhalb von 3.000 U/min, beispiels weise auf 2.000 U/min, so gibt das Schaltventil 11 wieder den ungedrosselten Hydraulikdruck im Pfad 9 frei. Die Koppelmittel 4 werden somit in ihre Ent koppelstellung verschoben und das Gaswechselventil öffnet lediglich im Sinne des Nockens kleinen Hubes, welcher auf den kreisförmigen Boden 7 einwirkt.

Somit wird zur Herstellung des Koppel- und Entkoppelzustandes der Koppel mittel 4 lediglich mit geringen Schaltdrücken gearbeitet. Durch die Auslegung des Federmittels 5 in Zusammenwirken mit dem Hydraulikdruck ist garantiert, daß im Warmlauf der Brennkraftmaschine bei ihrer Leerlaufdrehzahl n₁ ein sicheres Entkoppeln der beiden Abschnitte 2, 3 vorliegt. Gleichzeitig ist sicher gestellt, daß die Toleranzfelder T₁ und T₂ (siehe Beschreibungseinleitung) sich nicht überlappen, so daß keine unsicheren Schaltzustände vorliegen.

Da für den Start der Brennkraftmaschine eine Kopplung der beiden Elemente 2, 3 erforderlich ist, ist es für diesen Betriebszustand der Brennkraftmaschine bzw. für diesen Betriebszustand der Brennkraftmaschine bis zum Erreichen ihrer optimalen Betriebstemperatur vorgesehen, beide Elemente 2, 3 miteinander zu koppeln. Hierzu wird ebenfalls durch das Schaltventil 11 der Hydraulikdruck im Pfad 9 auf etwa 0,1 bar reduziert, so daß die Koppelmittel 4 über das jeweilige Federmittel 5 in Koppelrichtung verschoben sind.

Bezugszeichenliste

n₁ Leerlaufdrehzahl
n₂ Schaltdrehzahl, Abschaltpunkt Ventil
P_1Z1,2 Hydraulikdruck Heißleerlauf ungedrosselt in Z₁ u. Z₂
p_m Hydraulikdruck minimal entriegeln
O_AZ1,2 Graph Hydraulikdruckverlauf ungedrosselt in Z₁ und Z₂
O_BZ1 Graph Hydraulikdruckverlauf in Z₁
O_CZ2 Graph Hydraulikdruckverlauf gedrosselt in Z₂
Z₁ Ölzuleitung/Pfad zum Hydraulikventil
Z₂ Ölzuleitung/Pfad nach Schaltventil zu Koppelmitteln
T₁ Toleranzfeld Hydraulikdruck Heißleerlauf, Bauteile (Feder, Passun gen . . . )
T₂ Toleranzfeld Schaltventil
F₁ Feld garantierter Entriegelung
F₂ Feld garantierter Verriegelung
1 Nockenfolger
2 Innenelement
3 Außenelement
4 Koppelmittel
5 Federmittel
6 Boden
7 Boden
8 Pfad
9 Pfad
10 Spielausgleichseinrichtung
11 Schaltventil

Claims

1. Nockenfolger (1) eines Ventiltriebs einer Brennkraftmaschine oder Abstützel ement für einen Schlepphebel mit Mitteln zur Umschaltung auf zumindest zwei unterschiedliche Hubhöhen wenigstens eines Gaswechselventils, bestehend aus einem Innen- und einem Außenelement (2, 3), die axial ineinander gesteckt sind, welche über radial oder sekantenartig verlagerbare Koppelmittel (4) zu mindest mittelbar miteinander koppelbar sind, wobei bei einer Kopplung beider Elemente (2, 3) ein großer Ventilhub und bei einer Entkopplung der Elemente (2, 3) ein geringer Ventilhub realisiert werden und wobei die Koppelmittel (4) die Elemente (2, 3) unter der Kraft eines Federmittels (5) koppeln und unter Hydraulikdruck entkoppeln, dadurch gekennzeichnet, daß ausgehend vom Außenelement (3), je zwei voneinander getrennte Pfade (9, 8 bzw. Z₂, Z₁) zur Beaufschlagung und Versorgung der Koppelmittel (4) bzw. einer hydraulischen Spielausgleichseinrichtung (10) im Innenelement (2) verlaufen, daß die Kraft der Federmittel (5) derart ausgelegt ist, daß eine Entkopplung entgegen Federkraft bei einem Hydraulikdruck realisiert ist, der bei Betriebstemperatur der Brenn kraftmaschine einem minimal erforderlichen Hydraulikdruck zur Versorgung der Spielausgleichseinrichtung (10) ist, wobei dem Pfad (9, Z₂) der Koppelmittel (4) ein Schaltventil (11) vorgeordnet ist, durch das bei Betriebstemperatur der Brennkraftmaschine und Betrieb dieser im Teil- oder Vollastbereich der Hydrau likdruck im Pfad (9, Z₂) auf ein Niveau reduziert wird, das unterhalb und be abstandet zu dem Hydraulikdruck liegt, der zur Verschiebung der Koppelmittel (4) zur Entkopplung der Elemente (2, 3) dient, so daß eine Kopplung an beiden Elementen (2, 3) vorliegt.

2. Nockenfolger nach Anspruch 1, dadurch gekennzeichnet, daß die Kraft des Federmittels (5) derart ausgelegt ist, daß die Koppelmittel (4) bei einem Hydrau likdruck ab 0,47 bis 0,6 bar entkoppeln, wobei das Schaltventil (11) im ge schalteten Zustand für die Kopplung der Elemente (2, 3) den Hydraulikdruck im Pfad (9, Z₂) zu den Koppelmitteln (4) auf ein Niveau zwischen 0 und etwa 0,3 bar reduziert.

3. Nockenfolger nach Anspruch 2, dadurch gekennzeichnet, daß das Schaltven til (11) im geschalteten Zustand den Hydraulikdruck auf etwa 0,1 bar reduziert.

4. Nockenfolger nach Anspruch 1, dadurch gekennzeichnet, daß eine Reduzie rung des Hydraulikdruckes durch das Schaltventil (11) im Pfad (9, Z₂) ab einer Drehzahl der Brennkraftmaschine von etwa 3.000 U/min an realisiert ist.

5. Nockenfolger nach Anspruch 1, dadurch gekennzeichnet, daß im Kaltlauf der Brennkraftmaschine bzw. im Kaltlauf dieser bis zum Erreichen des Warmlaufs (Betriebstemperatur), das Schaltventil (11) so geschaltet ist, daß eine Reduzie rung des Hydraulikmitteldruckes im Pfad (9, Z₂) auf das Niveau unterhalb und beabstandet zu dem Hydraulikdruck zur Verschiebung der Koppelmittel (4) (entkoppeln) vorliegt.