DE19530441C1

DE19530441C1 - Device for operating valves of an internal combustion engine

Info

Publication number: DE19530441C1
Application number: DE1995130441
Authority: DE
Inventors: Gerhard Dipl Ing Doll
Original assignee: Daimler Benz AG; Mercedes Benz AG
Current assignee: Mercedes Benz Group AG
Priority date: 1995-08-18
Filing date: 1995-08-18
Publication date: 1997-01-30
Anticipated expiration: 2015-08-19

Description

Die Erfindung betrifft eine Vorrichtung zum Betreiben von Ventilen einer Brennkraftmaschine gemäß dem Oberbegriff des Patentanspruchs 1.The invention relates to a device for operating valves an internal combustion engine according to the preamble of the claim 1.

Aus der DE 44 04 683 C1 ist eine gattungsgemäße Vorrichtung zum Betreiben von Ventilen einer Brennkraftmaschine bekannt, wobei die Vorrichtung mehrere Übertragungsglieder zum Öffnen und Schließen der Ventile und Nocken zum Antrieb der Übertragungsglieder auf weist und wobei einem der Ventile mehrere Übertragungsglieder zugeordnet sind, in denen wechselseitig in Flucht zu bringende Führungsbohrungen angeordnet sind. In den Führungsbohrungen ist ein parallel zu einer Schaltbolzenlängsachse verschieblicher Schaltbolzen mit zwei Stirnseiten eintauchbar, wobei die Schalt bolzen zur Trennung oder Verbindung benachbarter Übertra gungsglieder mittels einer Betätigungseinrichtung selektiv zwi schen benachbarten Fuhrungsbohrungen bewegbar sind.DE 44 04 683 C1 describes a generic device for Operating valves of an internal combustion engine known, the Device several transmission elements for opening and closing of the valves and cams for driving the transmission elements and one of the valves has a plurality of transmission elements are assigned in which mutually to be escaped Guide holes are arranged. In the guide holes a parallel to a shift pin longitudinal axis Switch pin with two end faces immersed, the switch bolt for the separation or connection of neighboring transmissions gung members selectively between an actuator neighboring guide bores are movable.

Zum allgemeinen technischen Hintergrund wird noch auf die EP 0 323 234 A1, EP 0 652 353 A1, EP 0 343 931 A1 und DE 42 21 134 C1 ver wiesen. For the general technical background, the EP 0 323 234 A1, EP 0 652 353 A1, EP 0 343 931 A1 and DE 42 21 134 C1 ver grasslands.

Der Erfindung liegt die Aufgabe zugrunde, eine gattungsgemäße Vorrichtung zum Betreiben von Ventilen für eine Zylinder- bzw. Ventilabschaltung derart auszubilden, daß eine zuverlässige Funktion der Vorrichtung erreicht wird.The invention has for its object a generic Device for operating valves for a cylinder or Train valve shutoff so that a reliable function the device is reached.

Die Aufgabe wird erfindungsgemäß durch die im Kennzeichen des Patentanspruches 1 gegebenen Merkmale gelöst.The object is achieved by the in the characteristic of Patent claim 1 given features solved.

Ein Vorteil der erfindungsgemäßen Vorrichtung liegt darin, daß durch die erfindungsgemäße Verringerung des Durchmessers des hydraulischen Schaltbolzens ein kleineres Hubvolumen und damit eine schnellere Schaltung des hydraulischen Schaltbolzens realisierbar ist, als bei gattungsgemäßen Vorrichtungen.An advantage of the device according to the invention is that by reducing the diameter of the hydraulic Shift pin a smaller stroke volume and thus a faster Circuit of the hydraulic switching pin is realizable as in generic devices.

Durch die erfindungsgemäße Ausgestaltung nach Anspruch 2 wird bei Vorrichtungen zur selektiven Ventilstillegung und/oder Zy linderabschaltung in einem Bereich spezieller Durchmesserver hältnisse bei gleichzeitiger Vorgabe eines Durchmesserbereiches des hydraulischen Schaltbolzens eine funktionsorientierte Dimen sionierung der Vorrichtung dahingehend erreicht, daß der Hydrau likbolzen wesentlich kleiner als der Schaltbolzen ausgebildet werden kann, da der Hydraulikbolzen keine Betriebskräfte über tragen muß. Dabei werden die Ankoppelkräfte von einer Feder aufgebracht, die auch den druckentlasteten Hydraulikbolzen ver schiebt. Bei der Abkopplung hingegen werden die relativ geringen Abkoppelkräfte des Schaltbolzens hydraulisch gegen die Feder aufgebracht. Eine Untergrenze für den Durchmesser des hydrauli schen Schaltbolzens ist, bedingt durch die Kippgefahr des Schaltbolzens, durch ein vorgegebenes Durchmesser/Längen-Ver hältnis für den Schaltbolzen gegeben.The inventive design according to claim 2 for devices for selective valve shutdown and / or Zy shutdown in a range of special diameter connections Ratios with simultaneous specification of a diameter range of the hydraulic shift pin is a function-oriented dimension sionation of the device in that the Hydrau Likbolzen designed much smaller than the shift pin can be because the hydraulic bolt has no operating forces must wear. The coupling forces are generated by a spring applied, which ver ver the pressure-relieved hydraulic bolt pushes. When decoupling, however, the relatively small Hydraulic pin decoupling forces against the spring upset. A lower limit for the diameter of the hydrauli the switching pin is due to the risk of tipping Switching pin, by a predetermined diameter / length ver ratio given for the switching pin.

Weitere Vorteile der Erfindung gehen aus der Beschreibung her vor.Further advantages of the invention emerge from the description in front.

In der Zeichnung ist die Erfindung anhand eines Ausführungsbei spiels näher erläutert. Es zeigt:In the drawing, the invention is based on an exemplary embodiment explained in more detail. It shows:

Fig. 1 eine Draufsicht eines Zylinderkopfes einer Mehrzylinder- Brennkraftmaschine mit Einlaß -und Auslaßventilen und mit einer Nockenwelle nebst als Kipphebel und Koppelhebel ausgebildeten Übertragungsgliedern zum Öffnen und Schlie ßen der Ventile, wobei eine Kopplung oder Entkopplung der Übertragungsglieder über eine Betätigungseinrichtung mit Hilfe eines verschiebbaren Schaltbolzens erfolgt, Fig. 1 is a plan view of a cylinder head of a multi-cylinder internal combustion engine with intake and exhaust valves and with a camshaft in addition to a rocker arm and coupling lever designed transmission members for opening and closing the valves, wherein a coupling or decoupling of the transmission members via an actuator with the aid of a sliding switching pin he follows,

Fig. 2 zeigt in einer vergrößerten Teilansicht aus Fig. 1 die Stellung von Hydraulikbolzen und Schaltbolzen für kinema tisch gekoppelte Übertragungsglieder und Fig. 2 shows an enlarged partial view of Fig. 1, the position of hydraulic bolts and shift bolts for kinematically coupled transmission members and

Fig. 3 zeigt in einer vergrößerten Teilansicht aus Fig. 1 die Stellung von Hydraulikbolzen und Schaltbolzen für kinema tisch entkoppelte Übertragungsglieder. Fig. 3 shows an enlarged partial view of Fig. 1, the position of hydraulic bolts and shift bolts for kinematically decoupled transmission members.

Fig. 1 zeigt in prinzipiell bekannter Weise eine Draufsicht ei nes einlaßventilseitigen Teiles eines Zylinderkopfes 1 einer nicht näher dargestellten Mehrzylinder-Brennkraftmaschine mit Zylinder- und/oder Ventilabschaltung, wobei in dem Zylinderkopf 1 pro Zylinder zwei Einlaßventile und zwei Auslaßventile gela gert sind, die von einer zwischen ihnen angeordneten Nockenwelle 2 angetrieben werden. Fig. 1 shows in a known manner a plan view of egg nes part of an intake valve part of a cylinder head 1 of a multi-cylinder internal combustion engine, not shown, with cylinder and / or valve shutdown, with two intake valves and two exhaust valves per cylinder in the cylinder head 1 , which are supported by a camshaft 2 arranged between them are driven.

Jedem Einlaßventil sind Nocken 3 und 4 auf der Nockenwelle 2 zu geordnet, wobei der eine Nocken 3 einen Kipphebel 5 (Primärhebel) betätigt, der unmittelbar das Einlaßventil an treibt, während der andere Nocken 4 einen mit dem Kipphebel 5 koppelbaren Koppelhebel 6 (Sekundärhebel) betätigt. Im Kipphebel 5 bzw. dem Koppelhebel 6 sind den Nocken 3 bzw. 4 zugeordnete Rollen drehbar gelagert.Each inlet valve is assigned to cams 3 and 4 on the camshaft 2 , one cam 3 actuating a rocker arm 5 (primary lever) which directly drives the inlet valve, while the other cam 4 has a coupling lever 6 (secondary lever) which can be coupled to the rocker arm 5 operated. In the rocker arm 5 and the coupling lever 6 , the cams 3 and 4 associated rollers are rotatably mounted.

Kipphebel 5 und Koppelhebel 6 dienen als Übertragungsglieder zum Öffnen und Schließen der Einlaßventile sowie zur selektiven Ven tilstillegung und/oder Zylinderabschaltung und sind auf einer gemeinsamen Hebelachse 7 drehbar gelagert. Die Anlage des Kop pelhebels 6 am Nocken 4 im vom Kipphebel 5 entkoppelten Zustand ist durch nicht dargestellte Federmittel sichergestellt. Rocker arm 5 and coupling lever 6 serve as transmission members for opening and closing the inlet valves and for selective Ven tilstilleungung and / or cylinder shutdown and are rotatably mounted on a common lever axis 7 . The system of the Kop pelhebels 6 on the cam 4 in the state decoupled from the rocker arm 5 is ensured by spring means, not shown.

Bei Brennkraftmaschinen mit gezielter Zylinderabschaltung bzw. Ventilstillegung geht eine Hüllkurve des den Kipphebel 5 (Primärhebel) betätigenden Nockens 3 nicht über dessen Grund kreisradius hinaus, wodurch bei einer kinematischen Entkopplung von Kipphebel 5 und Koppelhebel 6 das betreffende Ventil (Einlaßventil, Auslaßventil) über die gesamte Nockenwellendre hung hinweg in seiner Schließstellung bleibt.In internal combustion engines with targeted cylinder deactivation or valve shutdown, an envelope of the cam 3 actuating the rocker arm 5 (primary lever ) does not go beyond its base radius, so that when the rocker arm 5 and the coupling lever 6 are kinematically decoupled, the relevant valve (intake valve, exhaust valve) extends over the entire Camshaft rotation remains in its closed position.

Die Kopplung und Entkopplung von Kipphebel 5 und Koppelhebel 6 erfolgt mittels einer Betätigungseinrichtung 8, die einen als Koppelelement wirkenden Schaltbolzen 9 sowie einen Hydraulikbol zen H umfaßt. Der Schaltbolzen 9 ist in einer Führungsbohrung 13 im Kipphebel 5 längsverschieblich geführt und in einer zur He belachse 7 parallelen Führungsbohrung 10 im Koppelhebel 6 ein tauchbar, wobei sich in Eintauchrichtung des Schaltbolzens 9 an die Führungsbohrung 10 eine konzentrische Bohrung 10 an schließt, in der der Hydraulikbolzen H längsverschieblich ge führt ist. Durch die Betätigungseinrichtung 8 ist der Schaltbol zen 9 selektiv zwischen den benachbarten Führungsbohrungen 10 und 13 bewegbar.The coupling and decoupling of rocker arm 5 and coupling lever 6 is carried out by means of an actuating device 8 , which comprises a switching pin 9 acting as a coupling element and a hydraulic bolt Zen H. The switching bolt 9 is guided in a guide bore 13 in the rocker arm 5 longitudinally displaceable manner and in a belachse to HT-7 parallel guide bore 10 in the coupling lever 6, a submersible, wherein the guide bore 10, a concentric bore 10 to close, in the immersion direction of the switching bolt 9 in which the Hydraulic bolt H is longitudinally displaceable. By the actuator 8 of the Schaltbol zen 9 is selectively movable between the adjacent guide bores 10 and 13 .

Der Schaltbolzen 9 umfaßt an der dem Hydraulikbolzen H abgewand ten Seite eine Führungstasse 12 für eine Feder 11, die den Schaltbolzen 9 in eine die Übertragungsglieder (Kipphebel 5, Koppelhebel 6) verbindende Position drückt. Die Führungsbohrung 13 fluchtet bei Anlage der beiden Hebel 5 und 6 am jeweiligen Grundkreis der Nocken 3, 4 mit der Führungsbohrung 10.The switching pin 9 comprises on the hydraulic pin H th side a guide cup 12 for a spring 11 , which presses the switching pin 9 into a position connecting the transmission members (rocker arm 5 , coupling lever 6 ). The guide bore 13 is in alignment with the two levers 5 and 6 on the respective base circle of the cams 3 , 4 with the guide bore 10 .

Zur Entkopplung von Kipphebel 5 und Koppelhebel 6 wird in einem Druckraum 15 auf der dem Betätigungshebel 5 abgewandten Seite des Hydraulikbolzens H ein Öldruck erzeugt, der den Hydraulik bolzen H gegen den Schaltbolzen 9 nebst Feder 11 drückt. Dadurch taucht der Hydraulikbolzen H in die Führungsbohrung 10 ein und schiebt den Schaltbolzen 9 vollständig in die Führungsbohrung 13. To decouple rocker arm 5 and coupling lever 6 , an oil pressure is generated in a pressure chamber 15 on the side of the hydraulic bolt H facing away from the actuating lever 5 , which presses the hydraulic bolt H against the shifting bolt 9 together with spring 11 . As a result, the hydraulic pin H dips into the guide bore 10 and pushes the shift pin 9 completely into the guide bore 13 .

Die Drucksteuerung im Druckraum 15 erfolgt in bekannter Weise über eine Längsbohrung 16 in der Hebelachse 7, die über eine Querbohrung 17 im Koppelhebel 6 mit dem Druckraum 15 verbunden ist. Die Längsbohrung 16 wird von einer Ölpumpe über eine Lei tung nebst Steuerventil mit Öl versorgt.The pressure control in the pressure chamber 15 takes place in a known manner via a longitudinal bore 16 in the lever axis 7 , which is connected to the pressure chamber 15 via a transverse bore 17 in the coupling lever 6 . The longitudinal bore 16 is supplied with oil by an oil pump via a line and control valve.

Ein Durchmesser D_H des Hydraulikbolzens H bedingt sich aus den Bedürfnissen für einen Kraftaufbau durch den im Druckraum 15 ge gen den Hydraulikbolzen H wirkenden Öldruck. Bei Zylinderab schaltung, also dem Fall, daß der Hydraulikbolzen H hydraulisch betätigt den Schaltbolzen 9 bewegt, muß mit einem technisch be dingten minimalen Öldruck die Entkopplung zwischen Kipphebel 5 und Koppelhebel 6 aufrecht erhalten werden (Hydraulikbolzen H bleibt druckbeaufschlagt). Dieser Öldruck bedingt sich aus zu grundegelegter maximaler Öltemperatur und Drehzahl zum Zeitpunkt der Abkopplung. Als Grenzfall dient beispielsweise bei einer Öl temperatur von 130°C und einer Drehzahl von 800 1/min ein Öldruck von 2 bar.A diameter D _{H of} the hydraulic bolt H is due to the need for a force build-up by the oil pressure acting in the pressure chamber 15 against the hydraulic bolt H. In the case of cylinder switching, that is, in the event that the hydraulic pin H hydraulically actuates the switching pin 9 , the decoupling between the rocker arm 5 and the coupling lever 6 must be maintained with a technically-related minimum oil pressure (hydraulic pin H remains pressurized). This oil pressure is based on the maximum oil temperature and speed at the time of uncoupling. As an extreme case, an oil pressure of 2 bar is used, for example, at an oil temperature of 130 ° C and a speed of 800 1 / min.

Mit 2 bar Öldruck kann ein Hydraulikbolzen von ca. 9-9,5 mm Durchmesser noch eine Kraft von ca. 12,5 bis 14 N aufbauen. Mit dieser Kraft wird die Feder 11 (Rückstellfeder) vorgespannt. Zur drehfesten Kopplung von Kipphebel 5 und Koppelhebel 6 drückt die Feder 11 den Schaltbolzen 9 in die Führungsbohrung 10 zurück, wobei der druckentlastete Hydraulikkolben H in der konzentri schen Bohrung 10 zurückgeschoben wird. Der Ankoppelvorgang zwi schen Kipphebel 5 und Koppelhebel 6 erfolgt nur bei einer be stimmten Drehzahl der Brennkraftmaschine und nur dann, wenn die beiden Führungsbohrungen 10 und 13 exakt fluchten. Die Feder 11 wird dabei so ausgelegt, daß deren Federkraft im zusammenge drückten Zustand fast mit der bei 2 bar Öldruck auf die hydrau lisch wirksame Fläche des Hydraulikkolbens H wirkenden Kraft im Gleichgewicht steht, um einen sehr raschen Austrieb des Schalt bolzens 9 aus der Führungsbohrung 13 bei Druckentlastung im Druckraum 15 zu ermöglichen. With 2 bar oil pressure, a hydraulic bolt with a diameter of approx. 9-9.5 mm can build up a force of approx. 12.5 to 14 N. With this force, the spring 11 (return spring) is biased. For the rotationally fixed coupling of rocker arm 5 and the coupling lever 6, the spring 11 presses the control pin 9 in the guide bore 10 back, with the pressure relieved hydraulic pistons H is pushed back into the concentric bore rule 10th The coupling process between rocker arm 5 and coupling lever 6 takes place only at a certain speed of the internal combustion engine and only if the two guide bores 10 and 13 are exactly aligned. The spring 11 is designed so that the spring force in the pressed together state is almost in equilibrium with the force acting at 2 bar oil pressure on the hy cally effective surface of the hydraulic piston H to a very rapid expulsion of the switching pin 9 from the guide bore 13th to enable pressure relief in the pressure chamber 15 .

Diese Verhältnisse ändern sich mit dem Durchmesser D_H des Hy draulikbolzens H nicht, weil größerer Kraftaufbau an einem grö ßerem Hydraulikbolzen H eine härtere Feder bedingt, die wieder nahezu im Gleichgewicht mit dem Öldruck im Druckraum 15 steht. Somit ist es für das Austreiben des Hydraulikbolzens H bei Druckentlastung unerheblich, wie groß der Hydraulikbolzen H ist, weil die in der Feder 11 gespeicherte Arbeit immer in konstantem Verhältnis zum verdrängendem Ölvolumen steht. Somit sind die Schaltzeiten davon relativ unabhängig.These ratios do not change with the diameter D _{H of} the hydraulic bolt H, because greater force build-up on a larger hydraulic bolt H requires a harder spring which is again almost in equilibrium with the oil pressure in the pressure chamber 15 . It is therefore irrelevant for the expulsion of the hydraulic bolt H when the pressure is released, how large the hydraulic bolt H is, because the work stored in the spring 11 is always in constant proportion to the displacing oil volume. The switching times are therefore relatively independent.

Anders liegen die Verhältnisse beim Abkoppeln durch den Öldruck. Hier muß mit größer werdendem Hydraulikbolzen H immer mehr Ar beit verrichtet werden, was sich in verlängerten Schaltzeiten niederschlägt. Zudem haben größere Hydraulikbolzen H größere Massen, was sich hinsichtlich Massenträgheit negativ auswirkt Somit wird der Durchmesser D_H des Hydraulikbolzens H so klein wie möglich gewählt. Es wurde ermittelt, daß ein Durchmesser D_H von ca. 8 mm nicht sinnvoll weiter zu reduzieren ist, da dem kleinen Durchmesser D_H entsprechende Federn 11 mit so kleinen Federkräften insbesondere wegen der Fertigungstoleranzen nur schwer beherrschbar sind und weil mit tieferen Temperaturen die viskose Reibung stark zunimmt und zu deren Überwindung ein Kraftminimum notwendig ist. Desweiteren wurde ermittelt, daß ein Schaltbolzendurchmesser D_S von größer als etwa 12 mm aus Stei figkeitsgründen kaum sinnvoll ist.The situation is different when uncoupled by the oil pressure. Here with increasing hydraulic bolt H more and more work must be done, which is reflected in extended switching times. In addition, larger hydraulic bolts H have larger masses, which has a negative effect on mass inertia. The diameter D _{H of} the hydraulic bolt H is therefore chosen to be as small as possible. It was determined that a diameter D _H of approximately 8 mm cannot be further reduced, since springs 11 corresponding to the small diameter D _H with such small spring forces are difficult to control, in particular because of the manufacturing tolerances, and because the viscous friction occurs at lower temperatures increases rapidly and a minimum force is required to overcome it. Furthermore, it was determined that a switching pin diameter D _S greater than about 12 mm is hardly sensible for reasons of stiffness.

Es ergibt sich somit bei einem Hydraulikbolzendurchmesser D_H von 8 bis 9,5 mm und einem Schaltbolzendurchmesser D_S von 10 bis 12 mm ein Durchmesserverhältnis d_v = D_H/D_S im Bereich von 0,67 bis 0,95. Optimale Werte für das Durchmesserverhält nis d_v liegenn im Bereich von 0,75 bis 0,90.This results in a diameter ratio d _v = D _H / D _S in the range from 0.67 to 0.95 with a hydraulic bolt diameter D _H of 8 to 9.5 mm and a shift bolt diameter D _S of 10 to 12 mm. Optimal values for the diameter ratio d _v are in the range from 0.75 to 0.90.

Die Fig. 2 und 3 zeigen in einer vergrößerten Teilansicht aus Fig. 1 die Stellung von Schaltbolzen 9 und Hydraulikbolzen H für kinematisch gekoppelte (Fig. 2) und entkoppelte (Fig. 3) Kipphe bel 5 und Koppelhebel 6. Für gleiche Bauteile aus Fig. 1 werden gleiche Bezugszeichen verwendet. Figs. 2 and 3 show in an enlarged partial view of FIG. 1, the position of shift pins 9 and hydraulic pin H for kinematically coupled (Fig. 2) and uncoupled (Fig. 3) Kipphe bel 5 and the coupling lever 6. The same reference numerals are used for the same components from FIG. 1.

Claims

1.Device for operating valves of an internal combustion engine by means of transmission members for opening and closing the valves and with cams for actuating the transmission members, with at least one of the valves being associated with a plurality of transmission members in which guide holes which are in alignment are arranged in the at least one a parallel to a shift longitudinal axis shiftable shift pin is immersed, for the separation or connection of adjacent transmission members by means of an actuating device is selectively movable between the associated guide holes, the actuating device comprising a hydraulic bolt acting on the shift pin, which can be immersed in at least one of the guide holes and whose diameter (D _H ) is smaller than the diameter (D _S ) of the switching pin ( 9 ), characterized in that the diameter ratio (d _v ) of the diameter (D _H ) to the diameter (D _S ) has a value i m ranges from 0.67 to 0.95.

2. Device according to claim 1, characterized in that for selective valve closure and / or cylinder deactivation, the diameter ratio (d _v ) has a value of 0.75 to 0.90 and the hydraulic bolt (H) has a diameter (D _H ) of 8 to 10 mm.