DE19721208A1

DE19721208A1 - Nockenfolger eines Ventiltriebs einer Brennkraftmaschine

Info

Publication number: DE19721208A1
Application number: DE19721208A
Authority: DE
Inventors: Mario Dipl Ing Kuhl; Wilfried Huber
Original assignee: INA Waelzlager Schaeffler OHG
Current assignee: IHO Holding GmbH and Co KG
Priority date: 1997-05-21
Filing date: 1997-05-21
Publication date: 1998-11-26
Also published as: WO1998053185A9; WO1998053185A1

Description

Gebiet der Erfindung

Die Erfindung betrifft einen Nockenfolger eines Ventiltriebs einer Brennkraftma schine nach den oberbegriffsbildenden Merkmalen des Anspruchs 1.

Hintergrund der Erfindung

Ein derartiger Nockenfolger ist beispielsweise aus der DE-OS 43 14 619 vor bekannt. Nachteilig ist es bei diesem, daß keine Mittel vorgesehen sind, um Fehlschaltungen dessen Koppelmittel auszuschließen. Da ein derartiger Nocken folger in aller Regel in einer Nockengrundkreisphase geschaltet wird, in welcher Phase seine beiden Abschnitte gleichmäßig am Nockengrundkreis anliegen und in welchem Nockengrundkreis dessen Laufbahnen für die Koppelmittel zuein ander fluchtend ausgebildet sind, kann es beispielsweise bei hohen Drehzahlen bzw. anderen Einflüssen wie Druckmittelschwankungen u.ä. dazu kommen, daß die Koppelmittel beim Verlassen des Grundkreises des Nockens, d. h. mit dessen Anlaufflanke, nicht ihre Koppel- bzw. Entkoppelposition erreicht haben. Überschneidet in einem derartigen Übergangszustand das jeweilige Koppel mittel eine Ringfläche zwischen den Abschnitten lediglich gering, so kann der Nockenhub am äußeren Stößel abreißen und es kommt zu einer erheblichen Bauteilbeanspruchung bzw. Geräuschentwicklung. Auch bei zu langsamem Druckaufbau an Servomittel vor den Koppelmitteln für den gewünschten Kop pelfall kann es dazu kommen, zudem in Verbindung mit hohen Drehzahlen, daß die Koppelmittel nicht ihre Koppelposition vollständig erreichen können.

Nun geht aus der DE-OS 44 05 189 ein abschaltbarer Nockenfolger, bestehend aus lediglich einem Abschnitt, hervor, bei welchem derartige Fehlschaltungen vermieden werden sollen. In diesem vorbekannten Dokument ist es vorgeschla gen, am Außenmantel eines Nockens eine Steuerkontur abzulegen, welche Steuerkontur mit einem den Nockenfolger überragenden Schaltstift kommuni ziert. Dieser Schaltstift soll die Koppelmittel nur während gewünschter Koppel phasen freigeben. Nachteilig ist es bei dieser Ausführungsform, daß diese sich hinsichtlich ihres Bauaufwandes als relativ aufwendig erweist. Zum einen müssen bisher vorhandene Nockenkonturen nachgearbeitet werden und zum anderen ist ein erheblicher Bauteilaufwand am Nockenfolger selbst erforderlich. Zudem verursacht der mit der Nockenlaufbahn kommunizierende Schaltstift über die Betriebsdauer der Brennkraftmaschine gesehen Verschleiß. Auch ist festzustellen, daß in der Phase, in welcher der Schaltstift die Koppelmittel freigibt, diese dann durch unerwünschte Druckspitzen an Servomittel doch bewegt werden können.

Aufgabe der Erfindung

Aufgabe der Erfindung ist es daher, einen Nockenfolger der vorgenannten Gattung zu schaffen, bei welchem die aufgezeigten Nachteile beseitigt sind und bei dem insbesondere mit konstruktiv einfachen Mitteln Fehlschaltungen dessen Koppelmittel vermieden werden können.

Zusammenfassung der Erfindung

Erfindungsgemäß wird diese Aufgabe durch die Merkmale des kennzeichnenden Teiles des Anspruchs 1 gelöst, wobei zweckmäßige Konkretisierungen der Erfindung Gegenstand der nachfolgenden Unteransprüche sind, welche Unter ansprüche aber selbständig schutzfähige Maßnahmen enthalten können.

Durch die im Hauptanspruch aufgeführten Rastmittel/Haltemittel werden die Koppelmittel, welche vorzugsweise als Kolben ausgebildet sein sollen, so lang in einer ihrer Endstellungen fixiert, bis ein ausreichend großer Servomitteldruck zu deren Verschiebung vorhanden ist. Dabei sollen die Koppelmittel in der Endstellung durch die Rastmittel/Haltemittel fixiert werden, aus welcher End stellung heraus deren Servomittelbeaufschlagung gewünscht ist. Die Rastkraft/- Haltekraft der Rastmittel/Haltemittel der Koppelmittel ist dabei so ausgelegt, daß, sobald ein ausreichend großer Servomitteldruck vorliegt, diese Rastkraft/- Haltekraft schlagartig auf einen extrem niedrigen Bereich abfällt. Somit werden die Koppelmittel nach diesem "Umschlagen" der Rastkraft/Haltekraft schlagartig in Koppelrichtung verschoben. Die eingangs beschriebenen Fehlschaltungen aufgrund von nicht ausreichend aufgebautem Servomitteldruck vor den Koppel mitteln sind somit wirkungsvoll eliminiert. Des weiteren ist festzustellen, daß auch unerwünschte Druckschwankungen an Servomittel während des Nocken umlaufes nicht mehr zu einer unerwünschten Verschiebebewegung der Koppel mittel führen können. Die Koppelmittel werden erfindungsgemäß während des gesamten Nockendurchlaufs an zumindest einer Endposition fixiert. Vorgesehen ist es auch, daß bei beidseitiger Servomittelbeaufschlagung der Koppelmittel auch in beide Richtungen wirkende Rastmittel/Haltemittel appliziert werden.

Mit vom Schutzumfang dieser Erfindung eingeschlossen sind alle Lösungen, bei denen die Koppelmittel nicht unbedingt in ihrer absoluten Endposition inner halb ihrer Laufbahnen durch die Rastmittel/Haltemittel fixiert sind. Denkbar sind alle Stellungen (Zwischenstellungen), durch welche eine definierte Koppel- oder Entkoppelposition erreicht ist.

In Fortbildung der Erfindung ist eine Rückstellung der Koppelmittel entgegen Servomitteldruck über eine oder mehrere mechanische Federmittel wie Schrau benfedern vorgeschlagen. Die Kraft dieser Federmittel soll dabei so ausgelegt sein, daß sie eine verbleibende Federkraft bzw. Reibkraft der Rastmittel/Halte mittel überwindet, jedoch selbstverständlich größer ist, als ein verbleibender Servomitteldruck.

Als Rastmittel/Haltemittel sind in Konkretisierung der Erfindung wahlweise tel lerfederartige Scheiben, radial nach außen wirkende Sprengringe bzw. den mechanischen Federmitteln (Schraubenfedern) zugeordnete Innenwindungen bzw. Außenwindungen des Federmittels selbst, welche mit entsprechenden Rastausnehmungen am gegenüberliegenden Bauteil kommunizieren, vorgese hen. Die Sprengringe können wahlweise in eine Rastausnehmung der Koppel mittel bzw. eine Rastausnehmung der Laufbahn für die Koppelmittel eingreifen.

Als Nockenfolger ist hier ein schaltbarer Tassenstößel vorgeschlagen, jedoch ist eine Anwendung der Erfindung nicht nur auf dieses Element beschränkt, son dern bezieht sich auch auf die an sich bekannten Hebeltriebe wie Kipphebel triebe, Schwinghebeltriebe oder Schlepphebeltriebe. Bei diesen Hebeltrieben sind zumindest zwei miteinander verriegelbare Einzelhebel vorzusehen.

Als Koppelmittel sind verschiebbare Koppelmittelpakete bzw. separat verlager bare Koppelmittel wie Kolben vorgesehen, von denen jeder Kolben eine Trenn fläche zwischen den Abschnitten übergreifen kann und wobei jedem Kolben ein separates Rückstellmittel wie ein Federmittel zugeordnet sein kann.

Vorteilhaft ist es, die Umfangs- bzw. Umlaufnut, in welcher das Rastmittel/- Haltemittel verläuft, keilartig auszugestalten. Entlang der Keilfläche kann das Rastmittel/Haltemittel bei Servomittelbeaufschlagung der Koppelmittel solang verfahren, bis es seine Rastposition/Halteposition quasi schlagartig verläßt und es somit zu dem gewünschten "Umschlagen" der Rastkraft/Haltekraft kommt.

Schließlich ist es Bestandteil der Erfindung, die Koppelmittel in Verbindung mit einer Anordnung der Rastmittel/Haltemittel derartig auszubilden, daß erst nach Überwindung der Rastkraft/Haltekraft durch den Servomitteldruck eine Kopp lung der Abschnitte realisiert ist. Auch kann der Teil der Koppelmittel, welcher eine Trennfläche zwischen den Abschnitten durch Servomittelbeaufschlagung übersteigt, an seiner trennflächenseitigen Stirnfläche ballig bzw. in Axial- oder Schwenkrichtung des Nockenfolgers gesehen zylindrisch ausgebildet sein. Diese Zylindrizität verhindert sogenannte "Kantenträger" und bewirkt bei unvollständi gem Ausfahren der Koppelmittel deren Zurückfahren.

Kurze Beschreibung der Zeichnung

Die Erfindung wird zweckmäßigerweise anhand der Zeichnung näher erläutert. Es zeigen:

Fig. 1 einen Längsschnitt durch einen als Tassenstößel ausgebildeten Nockenfolger und

Fig. 2 bis 13 in Teillängsschnitten beispielhafte Ausgestaltungsva rianten der Rastmittel/Haltemittel im Bereich der Koppelmittel in verschiedenen Koppelphasen.

Ausführliche Beschreibung der Zeichnung

Fig. 1 offenbart einen als Tassenstößel 1 ausgebildeten Nockenfolger 2. Der Tassenstößel 1 besteht aus einem äußeren kreisringförmigen Abschnitt 3, wel cher konzentrisch einen kreisförmigen Abschnitt 4 einschließt. Dabei wird der Abschnitt 3 von einem oder zwei Nocken größeren Hubes als der Abschnitt 4 im Hubsinn kontaktiert. Der Abschnitt 4 wirkt über ein hydraulisches Spielaus gleichselement 5 auf ein Ende eines nicht dargestellten Gaswechselventils ein. Im Bodenbereich 6 des Tassenstößels 1 ist jedem Abschnitt 3, 4 eine Laufbahn 7, 8 für Koppelmittel 9 zugeordnet.

Bei der Ausgestaltung nach Fig. 1 verläuft in der als Bohrung ausgebildeten Laufbahn 7 ein erster Kolben 10 als Koppelmittel. Dieser Kolben 10 kann radial von außen nach innen über in einen Druckraum 11 leitbares Servomittel ver schoben werden. Innerhalb der wiederum als Bohrung ausgebildeten Laufbahn 8 des kreisringförmigen Abschnitts 4 ist dem Kolben 10 ein weiterer Kolben 12 zugeordnet. Dieser Kolben 12 besitzt eine Umfangsnut 13. In dieser Umfangs nut 13 verläuft eine tellerfederartige Scheibe 14 als Rastmittel/Haltemittel 15. Diese Scheibe 14 erstreckt sich bei dem in Fig. 1 gezeigten Entkoppelzustand der Kolben 10, 12 radial schräg nach außen in Verlagerungsrichtung dieser Kolben 10, 12. Dabei verläuft die Scheibe 14 radial außen in einer Umlaufnut 16 der Laufbahn 8. Sie kann hier wahlweise unter Vorspannung eingesetzt sein.

Wie der Fachmann sich leicht der Fig. 1 entnehmen kann, bewirkt die Scheibe 14 eine Arretierung der Kolben 10, 12. Dabei ist die Rastkraft/Haltekraft der Scheibe 14 so ausgelegt, daß diese erst bei ausreichend im Druckraum 11 anliegendem und somit gewünschtem Servomitteldruck überwunden werden kann. Erst nach Überwindung dieser Rastkraft/Haltekraft können die Kolben 10, 12 extrem leicht und somit sehr schnell in Koppelrichtung verlagert werden, da der Widerstand des als Scheibe 14 ausgebildeten Rastmittels/Haltemittels 15 fehlt. Durch diese bisher nicht aus dem vorbekannten Stand der Technik hervor gehende und sehr einfach auszuführende Fixierung der Koppelmittel 9 (Kolben 10, 12) werden diese Koppelmittel 9 an unerwünschten Verlagerungsbewegun gen außerhalb ihrer gewünschten Verlagerung gehindert. Auch ist garantiert, daß die Koppelmittel 9 bei ihrer gewünschten Verlagerung nur dann ihre endgültige Koppelposition erreichen, wenn ein ausreichend großer Servomittel druck im Druckraum 11 anliegt. Somit sind die eingangs beschriebenen nachtei ligen Verschleißerscheinungen und Geräuschentwicklungen vermieden. Wichtig ist es für die Ausgestaltungen nach der gesamten Erfindung, daß der Wider stand, welcher den Koppelmitteln 9 zu ihrem Koppelzweck durch die Rast mittel/Haltemittel 15 entgegengebracht wird, bei Überschreitung deren Rastkraft schlagartig nachläßt und sich somit nur noch auf eine verbleibende Reibkraft bzw. restliche Federkraft beschränkt.

Eine Rückstellung der Kolben 10, 12 ist in Fig. 1 durch ein mechanisches Federmittel 17 wie eine Druckfeder realisiert. Die Kraft dieses Federmittels 17 ist natürlich größer als eine nach dem Umschlagen des Rastmittels/Haltemittels 15 verbleibende Reibkraft bzw. Federkraft im System.

Fig. 2 zeigt den Tassenstößel 1 nach Fig. 1 in dessen Bodenbereich 6. Hier sind die Kolben 10, 12 in ihrem gekoppelten Zustand dargestellt. Die Scheibe 14 hat ihre radiale Ausrichtung umgekehrt. Denkbar wäre es auch für die Rückstellung der Kolben 10, 12, die Federkraft der Scheibe 14 auszunutzen.

Fig. 3 zeigt wiederum einen als Tassenstößel 1 ausgebildeten Nockenfolger 2, ähnlich den vorher gezeigten Tassenstößeln 1. Jedoch wird hier mit diametral gegenüberliegenden Kolben 10 (nur ein Kolben 10 dargestellt) als Koppelmittel 9 gearbeitet. Somit ist auch jedem Kolben 10 ein separates Federmittel 17 zugeordnet.

Fig. 4 offenbart eine Kolbenanordnung im Tassenstößel 1 ähnlich der in den Fig. 1, 2 gezeigten. Dabei ist dem Kolben 12 die Umfangsnut 13 immanent. In dieser Umfangsnut 13 verläuft ein radial nach außen wirkender Sprengring 19 als Rastmittel/Haltemittel 15. Die Fig. 4 zeigt den Sprengring 19 in seiner in die Umlaufnut 16 der Laufbahn 8 gerasteten Position. Die entrastete Position des Sprengrings 19 ist demgegenüber in Fig. 5 gezeigt. Somit war der im Druckraum 11 anstehende Druck an Servomittel so groß, daß über dessen auf die Kolben 10, 12 wirkende Verschiebekraft die Rastkraft/Haltekraft des Spreng rings 19 überwunden wurde und das Kolbenpaket 10, 12 sich im Nockengrund kreis schlagartig in Koppelrichtung verschieben konnte.

Die Fig. 6, 7 zeigen eine Lösung, bei welcher das Rastmittel/Haltemittel 15 integraler Bestandteil des Federmittels 17 zur Rückstellung des Kolbenpaketes 10, 12 ist. Dabei besitzt wiederum der Kolben 12 die Umfangsnut 13. In dieser Umfangsnut 13 verläuft nach Fig. 6 eine innerhalb eines Innendurchmessers des Federmittels 17 angeordnete Innenwindung 21. In Fig. 8 ist anstatt der Innenwindung 21 eine Außenwindung 22 des Federmittels 17 vorgesehen. Diese Außenwindung 22 greift bei der Ausgestaltung nach Fig. 8 in die gegen überliegende Umlaufnut 16 der Laufbahn 8 für den Kolben 12. Der Rast- bzw. Haltevorgang nach den Fig. 6 bis 9 verhält sich analog zu dem Vorbeschrie benen.

Die Fig. 10, 11 zeigen in einem Teillängsschnitt wiederum den als Tassen stößel 1 ausgebildeten Nockenfolger 2. Dabei offenbaren die Fig. 10, 11 den radial nach innen wirkenden Sprengring 19 analog der Ausgestaltung nach den Fig. 4, 5. Jedoch ist der Sprengring 19 dem äußeren Kolben 10 zu geordnet und verlaufen im Tassenstößel 1 zwei sich diametral gegenüberliegen den Kolben 10. Der Sprengring 19 sitzt in der Umfangsnut 13 des Kolbens 10. Diese Umfangsnut 13 weist Keilform auf. Der Umfangsnut 13 radial gegen überliegend ist die Umlaufnut 16 der Laufbahn 7. Als Besonderheit bei den Fig. 10 und 11 ist festzuhalten, daß hier die Kolben 10 in ihrem gekoppel ten Zustand durch das als Sprengring 19 ausgebildete Rastmittel/Haltemittel 15 fixiert sind (siehe Fig. 11).

Die Fig. 12 und 13 zeigen ähnliche Ausgestaltungen wie die in den Fig. 10 und 11 beschriebenen jedoch sind die Kolben 10 durch den Sprengring 19 (siehe Fig. 12) in ihrer entkoppelten Position fixiert. Das Federmittel 17 wirkt radial von innen nach außen in Entkoppelrichtung und ist im Abschnitt 4 angeordnet. Hingegen verläuft in den Fig. 10, 11 das Federmittel 17 in nerhalb der Laufbahn 7 des Abschnitts 3 und wirkt radial von außen nach innen. Auch offenbart Fig. 12, daß dem Sprengring 19 in Bewegungsrichtung des Kolbens 10 eine Schräge 24 zugeordnet ist. Aufgrund der radial nach außen wirkenden Kraft des Sprengrings 19 wird nach Verlassen der Rastposition des Kolbens 10 dessen Bewegung somit beschleunigt.

Bezugszeichenliste

1

Tassenstößel

2

Nockenfolger

3

Abschnitt

4

Abschnitt

5

hydr. Spielausgleichselement

6

Bodenbereich

7

Laufbahn

8

Laufbahn

9

Koppelmittel

10

Kolben, Koppelmittel

11

Druckraum

12

Kolben, Koppelmittel

13

Umfangsnut

14

Scheibe

15

Rastmittel/Haltemittel

16

Umlaufnut

17

Federmittel

18

nicht vergeben

19

Sprengring

20

nicht vergeben

21

Innenwindung

22

Außenwindung

23

Schenkel

24

Schräge

Claims

1. Nockenfolger (2) eines Ventiltriebs einer Brennkraftmaschine, welcher Nockenfolger (2) auf wenigstens zwei unterschiedliche Hübe für zumindest ein Gaswechselventil umschaltbar und trieblich zwischen wenigstens einem Nocken einer Nockenwelle und dem Gaswechselventil in die Brennkraftmaschine eingebaut ist, wobei der Nockenfolger (2) aus relativ zueinander beweglichen Abschnitten (3, 4) besteht, welche Abschnitte (3, 4) über Koppelmittel (9) miteinander koppelbar sind, welche Koppelmittel (9) in wenigstens eine Ver lagerungsrichtung durch ein Servomittel wie Hydraulikmittel beaufschlagbar sind und wobei bei Kopplung beider Abschnitte (3, 4) ein größerer Hub des Gaswechselventils als bei Entkopplung der Abschnitte (3, 4) hergestellt ist, dadurch gekennzeichnet,

- daß den Koppelmitteln (9) im Bereich ihrer Laufbahnen (7, 8) innerhalb der Abschnitte (3, 4) mechanische Rastmittel/Haltemittel (15) zugeordnet sind und
- daß die Rastmittel/Haltemittel (15) die Koppelmittel (9) in wenigstens einer ihrer Endpositionen unabhängig von einer Nockenstellung entgegen Servo mitteldruck fixieren.

2. Nockenfolger nach Anspruch 1, dadurch gekennzeichnet, daß eine Rück stellung der Koppelmittel (9) entgegen Servomitteldruck durch mechanische Federmittel (17) realisiert ist und daß die Koppelmittel (9) in einer Endstellung durch die Rastmittel/Haltemittel (15) fixiert sind, welche Endstellung durch die Federmittel (17) unter nachlassendem/abgeschaltetem Druck an Servomittel hergestellt ist.

3. Nockenfolger nach Anspruch 2, dadurch gekennzeichnet, daß die Federkraft des Federmittels (17) größer ist, als eine verbleibende Federkraft bzw. Reibkraft der Rastmittel/Haltemittel (15) nach Übersteigen ihrer Rastkraft/Haltekraft durch Servomitteldruck.

4. Nockenfolger nach einem der vorhergehenden Ansprüche, dadurch gekenn zeichnet, daß als Nockenfolger (2) ein Tassenstößel (1) vorgesehen ist, wobei der Abschnitt (3) kreisringförmige Geometrie besitzt, von wenigstens einem Nocken großen Hubes beaufschlagt ist und den weiteren Abschnitt (4) konzen trisch einschließt, welcher weitere Abschnitt (4) kreisförmig hergestellt ist, wahlweise von einem Nocken kleineren Hubes kontaktiert ist und einenends mit dem Gaswechselventil kommuniziert, wobei sich die Laufbahnen (7, 8) für die Koppelmittel (9) radial oder sekantenartig durch den Tassenstößel (1) er strecken und wahlweise in dessen Bodenbereich (6) verlaufen und wobei die Koppelmittel (9) als Kolben (10, 12) hergestellt sind.

5. Nockenfolger nach Anspruch 1 oder 4, dadurch gekennzeichnet, daß die Rastmittel/Haltemittel (15) als tellerfederartige Scheibe (14) ausgebildet sind, welche Scheibe (14) radial innen in einer Umfangsnut (13) eines der Koppel mittel (9 bzw. 10, 12) verläuft und im Entkoppelfall der Abschnitte (3, 4) sich von der Umfangsnut (13) schräg in Verlagerungsrichtung der Koppelmittel (9 bzw. 10, 12) durch das Servomittel erstreckt und radial außen in einer Um laufnut (16) der Laufbahn (8 oder 7) unter wahlweiser Vorspannung verläuft (Fig. 1 bis 3).

6. Nockenfolger nach Anspruch 1 oder 4, dadurch gekennzeichnet, daß die Rastmittel/Haltemittel (15) als radial nach außen wirkender Sprengring (19) gefertigt sind, welcher Sprengring (19) radial innen in einer Umfangsnut (13) eines der Koppelmittel (9 bzw. 10, 12) verläuft und im Rastfall/Haltefall radial außen in einer als Umlaufnut (16) ausgebildeten Rastausnehmung der Laufbahn (8, 7) angeordnet ist (Fig. 4, 5, 10 bis 13).

7. Nockenfolger nach Anspruch 1 oder 4, dadurch gekennzeichnet, daß die Rastmittel/Haltemittel (15) als integraler Bestandteil eines als Schraubenfeder ausgebildeten Federmittels (17) zur Rückstellung der Koppelmittel (9) bei nach lassendem bzw. abgeschaltetem Servomitteldruck ausgebildet sind und durch wenigstens eine Windung der Schraubenfeder innerhalb eines Innendurch messers (Innenwindung 21) oder außerhalb eines Außendurchmessers (Außen windung 22) definiert sind und daß diese Windung (21 bzw. 22) im Rast fall/Haltefall in einer Umfangsnut (13) eines der Koppelmittel (9 bzw. 10, 12) oder einer Umlaufnut (16) der Laufbahn (8 oder 7) positioniert ist (Fig. 6 bis 9).

8. Nockenfolger nach Anspruch 6 oder 7, dadurch gekennzeichnet, daß zu mindest ein Schenkel (23) der Umfangs- bzw. Umlaufnut (13, 16), an welchen das Rastmittel/Haltemittel (15) bei Servomittelbeaufschlagung der Koppelmittel (9) gedrückt wird, Keilform aufweist.

9. Nockenfolger nach Anspruch 1, dadurch gekennzeichnet, daß ein Verschie beweg der vom Rastmittel/Haltemittel (15) beaufschlagten Koppelmittel (9 bzw. 10, 12) bis zur Überwindung der Rastkraft/Haltekraft durch die servomittelbeauf schlagten Koppelmittel (9 bzw. 10, 12) in Koppelrichtung so lang ist, daß erst nach Überwindung der Rastkraft/Haltekraft eine Kopplung der Abschnitte (3, 4) durch die Koppelmittel (9 bzw. 10, 12) vorliegt.