DE19618189A1 - Vorrichtung zum Abschalten von Gaswechselventilen in einer Brennkraftmaschine - Google Patents

Description

Die Erfindung betrifft eine Vorrichtung gemäß dem Oberbegriff des Patentanspruches 1.

Es ist bekannt, zur Anpassung der Leistung einer Brennkraftmaschine oder zur Kraftstoff­ ersparnis einzelne Gaswechselventile eines Zylinders oder aber den gesamten Zylinder abzuschalten.

Eine gattungsgemäße Vorrichtung zum Abschalten von einem von jeweils zwei Einlaßventi­ len ist in der DE-37 13 646 A1 offenbart, in welcher eine die Einlaßventile permanent antrei­ bende Nockenwelle in Antriebsverbindung mit einer Abtriebswelle dieser Brennkraftmaschi­ ne steht. Jeweils einer der beiden Einlaßventile kann durch hydraulisches Verschieben des diesem abzuschaltenden Ventils zugeordneten Nockens erfolgen. Zu diesem Zwecke ist der Nockenwelle eine schaltbare Kupplung dergestalt zugeordnet, daß der verschiebbare Nocken mittels einer konischen Fläche hydraulisch gegen eine korrespondierende, koni­ sche Fläche der Nockenwelle gepreßt und somit in Antriebsverbindung mit dieser Nocken­ welle gebracht werden kann.

Der Erfindung liegt die Aufgabe zu Grunde, eine andere gattungsgemäße Vorrichtung zum Abschalten von Gaswechselventilen in einer Brennkraftmaschine zu schaffen, mit welcher in kraftstoffverbrauchsgünstiger und einfacher Weise der gesamte Ventiltrieb der abzu­ schaltenden Gaswechselventile still gelegt werden kann.

Die Lösung dieser Aufgabe gelingt mit den Merkmalen des Patentanspruches 1. Vorteilhafte Ausgestaltungen der Erfindung sind in den abhängigen Ansprüchen benannt.

Wenn bei einer gattungsgemäßen Vorrichtung die die Gaswechselventile periodisch betäti­ gende Nockenwelle in einer quer zu ihrer Längserstreckung verlaufenden Trennebene der­ art geteilt ist, daß die hierdurch entstehenden beiden Teilwellen der Nockenwelle mittels der Kupplung verbindbar bzw. voneinander abtrennbar sind, so ist die permanent mit der Ab­ triebswelle verbundene Teilwelle ständig angetrieben und die andere Teilwelle mittels der Kupplung bedarfsabhängig an- bzw. abkuppelbar.

Vorteilhafterweise ist durch das Abkuppeln bzw. Stillegen eines Teiles der Nockenwelle der gesamte, diesem Nockenwellenteil zugeordnete Ventiltrieb abgeschaltet. Somit ist der von diesen abgeschalteten Gaswechselventilen betroffene Teil der Zylinder vom Gaswechsel abgeschnitten und die für diesen Teil der Nockenwelle sonst erforderliche Antriebsleistung nicht erforderlich.

Bevorzugt weisen die beiden Teilwellen der Trennebene zugewandte, sich radial erstreckende Flansche auf, welche in einem außenliegenden Bereich zwei korrespondie­ rende, zueinander konisch verlaufende Reibflächen tragen. Vorzugsweise durch hydraulisches Verschieben der abschaltbaren Teilwelle können beide Reibflächen in Eingriff miteinander gebracht werden.

Vorteilhafterweise wird zur Vermeidung von ruckartigen Einkuppelvorgängen zunächst durch das axiale Verschieben und den Reibschluß ein allmählicher Angleich der Drehzahlen der Teilwellen erzielt, während durch weitere hydraulische Beaufschlagung in bevorzugter Weise eine zwischen den Flanschen angeordnete Mitnehmerscheibe axial so verschoben wird, daß anschließend ein Formschluß zwischen beiden Teilwellen unter Aufhebung des Reibschlusses vorliegt.

Zur Sicherstellung eines reibungslosen Ablaufes dieser aufeinander folgenden Eingriffe weist diese Vorrichtung einen im permanent angetriebenen Teil der Nockenwelle ange­ ordneten Verzögerungskolben auf, welcher nach erfolgtem Reibschluß zunächst axial ver­ schoben werden muß. Während dieses Verschiebens erfolgt der Drenzahlangleich der bei­ den Teilwellen. Nach Erreichen eines Anschlages wird durch weiteren Öldruckaufbau die Mitnehmerscheibe verschoben und der Formschluß hergestellt, wobei die dabei wirkenden Eingriffsmittel so ausgebildet sind, daß am Ende des Eingriffsvorganges der Reibschluß aufgehoben ist und die Drehverbindung über die Kupplung winkelgerecht durch Formschluß erfolgt.

Die erfindungsgemäße Vorrichtung kann sowohl bei zwei- als auch bei mehrventiligen Brennkraftmaschinen vorteilhaft eingesetzt werden. Ebenso ist sie anwendbar bei ein oder mehreren beispielsweise dem Einlaß dienenden Nockenwellen. In jedem Fall ist die erfin­ dungsgemäße Abschaltung der Gaswechselventile und damit die Stillegung des zugehöri­ gen Zylinders verbrauchsgünstiger als beispielsweise eine bekannte Abschaltung der Kraftstoffzufuhr, da die für den stillgelegten Teil der Nockenwelle erforderliche Schlepplei­ stung und die Pumparbeit der abgeschalteten Zylinder entfällt.

Weitere Vorteile der Erfindung ergeben sich aus der nachfolgenden Beschreibung eines Ausführungsbeispieles der Erfindung anhand einer schematischen Zeichnung. Diese zeigt in einer Draufsicht auf einen interessierenden Teil eines Zylinderkopfes 1 einer Brennkraftmaschine eine teilweise gebrochen dargestellte Nockenwelle 2, welche um ihre Längsachse 3 rotieren kann.

Die Nockenwelle 2 ist entlang einer quer zu ihrer Längserstreckung verlaufenden Trennebe­ ne T in eine erste und eine zweite Teilwelle 4 und 5 getrennt, welche mittels einer Kupplung 6 aneinander kuppelbar sind.

Die Zeichnung zeigt in dem oberhalb der Längsachse 3 dargestellten Bereich einen ausge­ kuppelten Zustand, in welchem die Teilwellen 4, 5 voneinander getrennt sind und in einem unterhalb dieser Längsachse dargestellten Teil einen eingekuppelten Zustand.

Die erste Teilwelle 4 steht in nicht gezeigter und an sich bekannter Weise in angetriebener Verbindung mit einer als Kurbelwelle ausgebildeten Abtriebswelle der Brennkraftmaschine. Ein auf dieser Teilwelle 4 angeordneter Nocken 7 betätigt in ebenfalls nicht gezeigter, be­ kannter Weise ein Gaswechselventil eines Zylinders der Brennkraftmaschine.

Die zweite Teilwelle 5 trägt einen weiteren Nocken 8, welcher ebenfalls ein Gaswechselven­ til eines weiteren Zylinders der Brennkraftmaschine periodisch betätigt.

An den der Trennebene T zugewandten Enden weisen die Teilwellen 4, 5 jeweils einen sich radial erstreckenden Flansch 9, 10 auf, welche außenliegend jeweils einen abgewinkelten Abschnitt 11, 12 tragen.

Diese Abschnitte 11, 12 überlappen sich in axialer Richtung und tragen auf einander zuge­ wandten Flächen korrespondierende Reibflächen 13, 14, welche konisch zueinander ange­ ordnet sind.

Die zweite Teilwelle 5 weist an ihrem der Kupplung 6 abgewandten Ende ein Lager 15 auf, welches diese Teilwelle 5 in axialer Richtung unter Zwischenschaltung einer Anlaufscheibe 16 und unter Überwindung eines geringfügigen Spaltes 17 im Zylinderkopf 1 abstützen kann.

Desweiteren weist diese Teilwelle 5 eine zentrale, die gesamte Teilwelle 5 durchsetzende Bohrung 18 auf, in deren kupplungsseitigem Ende eine zwischen den Flanschen 9, 10 ver­ schiebbare Mitnehmerscheibe 19 mittels einer einstückig mit dieser Scheibe 19 ausgebilde­ ten Hülse 20 radial geführt ist.

Die Mitnehmerscheibe 19 trägt bezüglich der Abschnitte 11, 12 radial innen liegend als Bol­ zen 21 ausgebildete Eingriffsmittel 22, welche mit zueinander fluchtenden Ausnehmungen 23, 24 der Flansche 9, 10 zusammenwirken, wobei diese Bolzen 21 ständig in den Flansch 9 eingreifen und mit dem Flansch 10 in Eingriff bringbar sind.

Fluchtend mit der Bohrung 18 ist in dem der ersten Teilwelle 4 zugeordneten Flansch 9 eine zylindrische Aufnahme 25 für einen darin verschiebbar gelagerten Verzögerungskolben 26 ausgebildet, welcher mittels einer Druckfeder 27 in Richtung auf die Kupplung 6 federbela­ stet ist. Auf der von der Druckfeder 27 abgewandten Seite steht dieser Verzögerungskolben 26 stirnseitig mit der Bohrung 18 in Verbindung. Die Aufnahme 25 weist an ihrem als An­ schlag 28 dienenden Boden eine Entlüftungsleitung 29 auf.

Die Mitnehmerscheibe 19 ist in Richtung auf den Flansch 9 mittels einer sich in einer Ring­ nut 30 der zweiten Teilwelle 5 abstützenden Druckfeder 31 vorgespannt, wobei diese mit­ tels eines drehentkoppelten Lagers 32 in dieser Nut 30 abgestützt ist.

Die Bohrung 18 kommuniziert im Bereich des Lagers 15 mit einer hydraulischen Druck­ quelle 33 über ein Leitungssystem 34.

Zu diesem Zwecke saugt eine Ölpumpe 35 aus einem Ölreservoir 36 und fördert Drucköl über ein ansteuerbares Ventil 37 in die Bohrung 18.

Dieses Ventil 37 wird von einer elektronischen Steuerung 38 in Abhängigkeit mehrerer Pa­ rameter, wie Brennkraftmaschinendrehzahl und Last angesteuert.

Die Funktion der vorbeschriebenen Vorrichtung ist folgende.

Bei gesperrtem Ventil 37, d. h. abgeschaltetem Öldruck, ist die Kupplung 6 geöffnet, d. h. die zweite Teilwelle 5 ist zwecks Abschaltung des von der Nocke 8 betätigten Gaswechsel­ ventiles abgekoppelt. Hierbei ist die Mitnehmerscheibe 19 auf Grund der Wirkung der Druckfeder 31 gegen den Flansch 9 verschoben, wobei die Bolzen 21 formschlüssig in die Ausnehmungen 23 eingreifen und keinen Kontakt mit den Ausnehmungen 24 aufweisen. Der Verzögerungskolben 26 befindet sich auf Grund der Wirkung der Druckfeder 27 in Anlage mit der Mitnehmerscheibe 19.

Da keine axialen Schließkräfte auf die Kupplung 6 wirken und auf Grund des Spaltes 17 kann die erste Teilwelle 4 rotieren, ohne daß die zweite Teilwelle 5 mitgenommen wird.

Ab Erreichen eines bestimmten Betriebspunktes der Brennkraftmaschine öffnet das Ventil 37 aufgrund eines Ansteuersignales der Steuerung 38 und die Bohrung 18 wird mit Drucköl beaufschlagt. Hierdurch wird zunächst die dem Spalt 17 zugewandte Stirnfläche des Lagers 15 beaufschlagt, infolgedessen wird die zweite Teilwelle 5 geringfügig in axialer Richtung auf die erste Teilwelle 4 zu verschoben. Hierdurch kommt es zwischen den Reibflächen 13 und 14 zu einem zunehmenden Reibschluß, der zu einem allmählichen Drehzahlangleich zwischen den beiden Teilwellen 4, 5 führt.

Gleichzeitig liegt der Öldruck über eine Drosselbohrung 39 in der Hülse 20 stirnseitig auf dem Verzögerungskolben 26, welcher nun entgegen der Druckfeder 27 bis zur Anlage mit seinem Anschlag 28 verschoben wird.

Nach Erreichen dieses Anschlages 28 baut sich Öldruck zwischen Flansch 9 und Mitneh­ merscheibe 19 in einer dazwischen ausgebildeten Hydraulikkammer 40 auf. Hierdurch wird die Mitnehmerscheibe 19, radial geführt durch deren Hülse 20, axial in der Bohrung 18 in Richtung auf den Flansch 10 verschoben. Hierbei gelangen die Bolzen 21 in reibenden Kontakt mit der der Mitnehmerscheibe 19 zugewandten Fläche des Flansches 10 und heben unter geringfügiger axialer Verschiebung der zweiten Teilwelle 5 den zuvor ein­ gestellten Reibschluß auf, so daß es zu einer kurzfristigen Relativverdrehung zwischen Flansch 9 und 10 kommen kann, bis die dem Flansch 10 zugewandten Enden der Bolzen 21 in die Ausnehmungen 24 eingreifen können.

Hierdurch ist ein winkelgerechter Formschluß zwischen beiden Teilwellen 4, 5 unter Aufhebung des Reibschlusses hergestellt und beide Teilwellen 4, 5 laufen synchron um.

Die winkel- bzw. phasengerechte Zuschaltung der zweiten Teilwelle 5 sowie die Dauer des kurzfristigen Schlupfes zwischen Flansch 10 und Bolzen 21 ist über Lage und Anzahl der Ausnehmungen 24 exakt einstellbar.

Sollten bei der axialen Verschiebung der Mitnehmerscheibe 19 deren Bolzen 21 exakt fluchtend zu den Ausnehmungen 24 stehen, so erfolgt das den Reibschluß aufhebende Ausrücken der Reibflächen 13, 14 durch eine konische Gestaltung der diesen Ausnehmun­ gen 24 zugewandten Enden der Bolzen 21.

Zum Abschalten des von der Nocke 8 betätigten Gaswechselventiles wird Ventil 37 über ei­ nen entsprechenden Steuerimpuls der Steuerung 38 verschlossen. Der resultierende Druckabfall führt dazu, daß Druckfeder 31 die Mitnehmerscheibe 19 in Richtung auf den Flansch 9 verschiebt, wobei der Formschluß zwischen Bolzen 21 und Flansch 10 aufgeho­ ben wird.

Da ebenfalls im Spalt 17 kein Öldruck mehr anliegt, trennt sich die zweite Teilwelle 5 von der ersten Teilwelle 4.

Ebenso wird der Verzögerungskolben 26 mittels Druckfeder 27 vom Anschlag 28 abgeho­ ben und verfährt bis gegen die Mitnehmerscheibe 19.

Claims (10)

1. Vorrichtung zum Abschalten von Gaswechselventilen in einer Brennkraftmaschine, mit mindestens einer die Gaswechselventile periodisch betätigenden, von einer Abtriebs­ welle der Brennkraftmaschine angetriebenen Nockenwelle (2) und mit einer der Nockenwelle (2) zugeordneten, schaltbaren Kupplung (6), welche in einem ausgekup­ pelten Zustand mindestens einen eines der Gaswechselventile betätigenden Nocken (8) der Nockenwelle (2) von dem Antrieb durch die Abtriebswelle trennt, dadurch gekennzeichnet, daß die Nockenwelle (2) mindestens eine quer zu ihrer Längserstreckung verlaufende Trennebene T aufweist, in welcher zwei Teilwellen (4, 5) der Nockenwelle (2) aneinander grenzen, wobei eine erste Teilwelle (4) permanent mit dem Antrieb verbunden ist und die zweite Teilwelle (5) mittels der Kupplung (6) zur Abschaltung von Gaswechselventilen von der ersten Teilwelle (4) trennbar angeord­ net ist.

2. Vorrichtung nach Anspruch 1, dadurch gekennzeichnet, daß die Kupplung (6) zwei miteinander korrespondierende Reibflächen (13, 14) aufweist, von denen die eine (13) der ersten (4) und die andere (14) der zweiten Teilwelle (5) zugeordnet ist.

3. Vorrichtung nach Anspruch 2, dadurch gekennzeichnet, daß die Reibflächen (13, 14) konisch zueinander angeordnet sind.

4. Vorrichtung nach Anspruch 2 oder 3, dadurch gekennzeichnet, daß eine reibschlüssi­ ge Verbindung der beiden Teilwellen (4, 5) mittels der Reibflächen (13, 14) unter axia­ ler Verschiebung von einer (5) der Teilwellen (4, 5) erfolgt.

5. Vorrichtung nach Anspruch 4, dadurch gekennzeichnet, daß nach erfolgter reib­ schlüssiger Verbindung durch axiales Verschieben einer Mitnehmerscheibe (19) zwi­ schen die Reibflächen (13, 14) tragenden Flanschen (9, 10) der Teilwellen (4, 5) eine formschlüssige Verbindung mittels an dieser Mitnehmerscheibe (19) angeordneter Eingriffsmittel (22) erfolgt.

6. Vorrichtung nach Anspruch 5, dadurch gekennzeichnet, daß die Reibflächen (13, 14) in radial außen liegenden, sich in axialer Richtung überlappenden Abschnitten (11, 12) der Flansche (9, 10) angeordnet sind und die Eingriffsmittel (22) dazu innenlie­ gend mit zueinander fluchtenden Ausnehmungen (23, 24) der Flansche (9, 10) in Ein­ griff bringbar sind.

7. Vorrichtung nach Anspruch 6, gekennzeichnet durch eine zentrale, die axial ver­ schiebbare Teilwelle (5) durchsetzende Bohrung (18), in deren der Kupplung (6) zugewandten Endbereich eine die Mitnehmerscheibe (19) axial und radial führende Hülse (20) dieser Mitnehmerscheibe (19) eingesetzt ist, wobei diese Bohrung (18) mit einer hydraulischen Druckquelle (33) verbunden ist.

8. Vorrichtung nach Anspruch 7, dadurch gekennzeichnet, daß zwischen der Mitneh­ merscheibe (19) und dem an der permanent in Verbindung mit der Abtriebswelle ste­ henden Flansch (9) eine mit der Bohrung (18) kommunizierende Hydraulikkammer (40) ausgebildet ist.

9. Vorrichtung nach Anspruch 8, dadurch gekennzeichnet, daß fluchtend mit der Bohrung (18) in dem Flansch (9) eine zylindrische Aufnahme (25) für einen in dieser Aufnahme (25) verschiebbaren Verzögerungskolben (26) angeordnet ist, welcher in Richtung auf die Kupplung (6) federbelastet und stirnseitig mit der Bohrung (18) verbunden ist.

10. Vorrichtung nach Anspruch 9, dadurch gekennzeichnet, daß zum Schließen der Kupplung (6) zunächst die zweite Teilwelle (5) mittels der Druckquelle (33) hydraulisch zur Herstellung des Reibschlusses verschoben und anschließend der Verzögerungs­ kolben (26) entgegen einer ihn vorspannenden Druckfeder (27) an einen endseitigen Anschlag (28) der Aufnahme (25) gebracht wird, wonach durch Verschieben der Mit­ nehmerscheibe (19) in entgegengesetzter Richtung die Eingriffsmittel (22) in die Aus­ nehmungen (24) greifend den Reibschluß unter axialer Verschiebung der zweiten Teilwelle (5) aufheben.