DE19730814A1

DE19730814A1 - Periodisch beaufschlagbarer Ventiltrieb

Info

Publication number: DE19730814A1
Application number: DE19730814A
Authority: DE
Inventors: Lothar Von Dipl Ing Schimonsky
Original assignee: INA Waelzlager Schaeffler OHG
Current assignee: IHO Holding GmbH and Co KG
Priority date: 1997-07-18
Filing date: 1997-07-18
Publication date: 1999-01-21

Description

Gebiet der Erfindung

Die Erfindung betrifft einen periodisch beaufschlagbaren Ventiltrieb für einen Gas- bzw. Flüssigkeitsaustausch nach den oberbegriffsbildenden Merkmalen des Anspruchs 1.

Hintergrund der Erfindung

Ein derartiger Ventiltrieb geht gattungsbildend aus der DE 43 23 555 A1 hervor. Jedes Abstützelement besitzt zur Abschaltung einen Schaltkolben. Dieser ist in eine Bewegungsrichtung über die Kraft eines Federmittels und in die andere Richtung über Hydraulikmittel verlagerbar. Die separate Ansteuerung jedes einzelnen Abstützelements erweist sich relativ aufwendig und teuer. Gleichzei tig kann es durch die Betätigung des Schaltkolbens über Hydraulikmittel zu Schaltzeitverzögerungen kommen. Dies kann dazu führen, daß bei herbeizufüh render Verlagerung des Schaltkolbens dieser eine seiner definierten Endstellun gen nicht innerhalb eines zur Verfügung stehenden Grundkreisabschnittes des beaufschlagenden Nockens erreicht. Gleichzeitig ist dem Motorenfachmann klar, daß bei aufwendiger Mehrventiltechnik im Zylinderkopf ein erhöhter Hydraulikmittelbedarf und aufwendige Hydraulikmittelleitungen in diesem notwendig sind. Dieser gesteigerte Bedarf kann dazu führen, daß die Hydraulik mittelpumpe größer dimensioniert werden muß.

Aufgabe der Erfindung

Aufgabe der Erfindung ist es daher, einen Ventiltrieb der vorgenannten Art zu schaffen, bei dem die zitierten Nachteile beseitigt sind und bei dem insbesonde re mit einfachen Mitteln eine weitestgehend hydraulikmittelunabhängige, sichere sowie verschleißarme Schaltung dessen Abstützelemente geschaffen ist.

Zusammenfassung der Erfindung

Erfindungsgemäß wird diese Aufgabe durch die Merkmale des kennzeichnenden Teiles des Hauptanspruchs gelöst, wobei die nachfolgenden Unteransprüche zweckmäßige Ausgestaltungen der Erfindung darstellen. Die Unteransprüche können auch selbständig schutzfähige Maßnahmen enthalten.

Durch das zentrale Verlagerungsmittel, welches bevorzugt als Stange ausge bildet ist, die sich parallel zu der Reihe der Ventile bzw. Abstützelemente erstreckt, ist eine sehr einfache Abschaltung der Abstützelemente geschaffen. Diese Stange kann im Bereich eines ihrer Enden durch ein nicht näher zu beschreibendes Beaufschlagungsmittel wie ein elektromagnetisches und ähn liches zum gewünschten Schaltzeitpunkt sämtlicher gleichwirkender Ventile betätigt werden. Besonderer Vorzug der Erfindung ist es, daß trotz der ein maligen und zentralen Betätigung des Schaltmittels die diskreten Abstützel emente nur dann geschaltet werden können, wenn der jeweilige Nocken seine Grundkreisphase gegenüber dem Schlepphebel erreicht hat.

Bei den verbleibenden Gaswechselventilen wird eine einen unmittelbaren Eingriff am Abstützelement bewirkende Hülse lediglich durch das Schaltmittel so vorgespannt, daß diese Hülse beim nächsten Grundkreisdurchlauf des Noc kens und somit im entspannten Zustand des Abstützelements durch ihre Vor spannung sofort ihre gewünschte Schalt- bzw. Abschaltposition erreicht. Die Hülse wird erfindungsgemäß durch Federmittel vorgespannt, die auch bei höchsten Drehzahlen der Brennkraftmaschine noch ihre ausreichend schnelle Verschiebung während des Grundkreisdurchlaufs des jeweiligen Nockens bewirkt.

Wie dem Kontext zu dem Vorgenannten schon entnehmbar, bezieht sich die Erfindung beispielsweise auf einen Ventiltrieb einer Brennkraftmaschine. Jedoch ist der Schutzbereich dieser Erfindung ausdrücklich nicht nur auf derartige Ventiltriebe beschränkt. Denkbar ist eine Anwendung überall dort, wo Ventile für einen Gas- bzw. Flüssigkeitsaustausch über einen Schlepphebel mittelbar betätigt werden, welcher Schlepphebel an einem Ende auf einem Abstützel ement gelagert ist.

Sind beispielsweise zwei gleichwirkende Ventile je Zylinder der ebengenannten Brennkraftmaschine angeordnet, kann es auch vorgesehen sein, lediglich eine Hülse für derartig gleichwirkende Ventile je Zylinder anzuwenden. Diese gemeinsame Hülse bzw. die separate Hülse weist zum Zwecke der Abschaltung des Abstützelements an ihrer diesem zugewandten Seite eine Ausnehmung auf, die in Flucht mit dem Abstützelement bringbar ist. Im Schaltfall oszilliert somit das Abstützelement in dieser Ausnehmung.

Für diesen Schaltfall ist es vorgeschlagen, das Abstützelement mit einer Aus sparung auf der Seite der Hülse zu versehen, in welche Aussparung die Hülse mit einem Bereich ihrer Mantelfläche außerhalb ihrer Ausnehmung verlagerbar ist.

Vorgeschlagen ist es, das Verlagerungsmittel für das Schaltmittel an einem Ende der Stange anzuordnen, jedoch kann dieses auch beidendig positioniert werden und so jeweils eine Verlagerung in eine Axialrichtung bewirken. Vom Schutz umfang der Erfindung ist jedoch auch eine Lösung eingeschlossen, bei der das Verlagerungsmittel zwar einenendig der Stange appliziert ist, wobei andere nends dieser ein mechanisches Rückstellmittel wie eine Druckfeder oder ähn liches vorgesehen ist.

Des weiteren ist es Gegenstand der Erfindung im Bereich einer Umgebungs konstruktion des Ventiltriebs, beispielsweise im Bereich eines Zylinderkopfes, Anschläge für die Axialbewegung der Hülse vorzusehen. Diese Anschläge definieren vorteilhafterweise auch die zwei möglichen Schaltpositionen dieser. Ebenfalls können ähnliche Anschlagmittel zur Begrenzung der Verlagerungs bewegung des Schaltmittels an der Umgebungskonstruktion vorgesehen sein.

Auch ist es nach der Erfindung vorgeschlagen, die Verlagerungsbewegung der Hülse durch ein Rastmittel wie eine Kugel oder ähnliches zu begrenzen. Somit können unerwünschte Flatterbewegungen der Hülse während ihres nicht einge spannten Zustandes verhindert werden und gleichzeitig ist eine definierte Lagezuordnung der Hülse in bezug auf das oder die jeweiligen Abstützele ment(e) geschaffen.

Mit vom Schutzumfang dieser Erfindung ist eine Lösung eingeschlossen, bei welcher die Hülse nicht längs bewegt sondern verdreht wird. Diese Hülse soll dann umfangsverteilte Nuten zum Eingriff am Abstützelement besitzen. Gleich zeitig wird eine Vorspannung der entsprechenden Hülse in Umfangsrichtung durch ein- oder beidendige Torsionsfedern realisiert.

Kurze Beschreibung der Zeichnung

Die Erfindung wird zweckmäßigerweise anhand ihrer Zeichnung näher erläutert.

Es zeigen:

Fig. 1, 2 schematische Schnittansichten einer geschalteten Stellung des Abstützelements mit an laufendem Grundkreisabschnitt des Noc kens;

Fig. 3, 4 Schnittansichten wie vorgenannt, jedoch mit an laufender Nocken spitze;

Fig. 5, 6 ähnliche Schnittansichten wie vorher, jedoch mit erreichter Ab schaltstellung des Abstützelements während des an laufenden Grundkreisbereichs des Nockens;

Fig. 7, 8 Darstellungen wie oben, jedoch mit an laufender Nockenspitze und abgeschaltetem Abstützelement und die

Fig. 9 bis 11 zweckmäßige Ausgestaltungen des Ventiltriebs nach den vor hergehenden Figuren.

Ausführliche Beschreibung der Zeichnung

Fig. 2 offenbart einen Ventiltrieb 1, so wie er dem Fachmann an sich bekannt ist. Dargestellt ist ein Ventiltrieb für den Gaswechsel einer Brennkraftmaschine. Dieser Ventiltrieb 1 besteht aus in Reihe angeordneten Ventilen 2. Jedes Ventil 2 wird über einen Schlepphebel 4 im Hubsinn beaufschlagt. Der Schlepphebel 4 liegt mit seinem einen Ende 3 an einem Ende eines Ventilschafts des Ventils 2 an. Mit seinem anderen Ende 5 ist der Schlepphebel 4 auf einem Kopf 6 eines schematisch dargestellten Abstützelements 7 gelagert. Etwa im Bereich seiner Mitte wird der Schlepphebel 4 an seiner dem Ventil 2 abgewandten Mantel fläche 8 von einem Nocken 9 einer Nockenwelle 10 beaufschlagt. Das Abstütz element 7 kann, muß jedoch nicht, mit einem hydraulischen Ventilspielaus gleich versehen sein.

In Nockenrichtung ist das Abstützelement 7 durch eine Druckfeder 32 angefe dert. In der in Fig. 2 dargestellten Schaltposition des Abstützelements 7 folgt das Ventil 2 voll dem Hub des Nockens 9.

Fig. 1 zeigt näher die hier erfindungsgemäß vorgeschlagenen Mittel. Parallel zur Reihe der Ventile 2 und somit zur Reihe der Abstützelemente 7 verläuft im Bereich einer Umgebungskonstruktion 26 (hier Zylinderkopf) ein als Stange ausgebildetes Schaltmittel 11. Dieses Schaltmittel 11 ist bevorzugt im Bereich eines seiner Enden durch ein zentrales Verlagerungsmittel 12 wie einen Elek tromagneten beispielsweise in beide Richtungen beaufschlagbar. Im Bereich jedes Abstützelements 7 ist das Schaltmittel 11 von einem Schiebemittel 13 wie beispielsweise einer Hülse umschlossen. Stirnseiten 14, 15 (siehe auch nachfol gende Figuren) des Schiebemittels 13 sind von Federmitteln 16, 17 wie Druck federn kontaktiert. Diese Druckfedern stützen sich axial außen an Anschlägen 18, 19 ab, die fest mit dem Schaltmittel 11 verbunden sind. Die Anschläge 18, 19 können beispielsweise als einfach aufgebaute Scheiben hergestellt sein. Die Kraft der Federmittel ist in etwa gleich groß, so daß das Schiebemittel 13 durch diese eine Zentrierung erfährt.

Wie Fig. 2 zeigt, weist das Abstützelement 7 auf der Seite des Schiebemittels 13 eine Aussparung 20 auf. In dieser Aussparung 20 ist das Schiebemittel 13 für den Schaltzustand des Abstützelements 7 angeordnet. Für den in den Fig. 1 und 2 gezeigten Hubzustand des Nockens 9 (Grundkreisdurchlauf) ist eine Ver lagerung des Schiebemittels 13 aufgrund dessen nicht eingespannten Zustandes durch das Schaltmittel 11 möglich. Wird jedoch keine Verlagerung gewünscht, so wie aus den Fig. 3, 4 ersichtlich, behält das Abstützelement 7 seine Schaltposition bei und das Gaswechselventil 2 öffnet gewöhnlich.

Soll nun eine Abschaltung sämtlicher Abstützelemente 7 vorgenommen werden, so würde das Schaltmittel 11 durch das Verlagerungsmittel 12 bzw. durch das aus Fig. 5 ersichtliche Federmittel 25 in Richtung zum oberen Bildrand ver lagert. Da jedoch aufgrund des in Fig. 4 gezeigten Nockenhubes das Abstüt zelement 7 das Schiebemittel 13 einspannt, erfolgt lediglich eine Vorspannung des Schiebemittels 13 durch die Federmittel 16, 17. Somit ist leicht zu erken nen, daß nach der Erfindung nur dann trotz zentral ausgelösten Schaltbefehls eine Schaltung ermöglicht ist, wenn das System Abstützelement 7/Schiebemittel 13 nicht miteinander verspannt ist. Somit folgen alle Schiebemittel 13 erst dann ihrer gewünschten Verschieberichtung, wenn der jeweilige Nocken 9 mit seinem Grundkreis den jeweiligen Schlepphebel 4 kontaktiert.

Dies ist näher aus den Fig. 5, 6 ersichtlich. Das Schiebemittel 13 hat seine Abschaltstellung gegenüber dem Abstützelement 7 erreicht. Eine Ausnehmung 22 auf der Seite des Abstützelements 7 am Schiebemittel 13 ist in Flucht mit einem Außenmantel 21 des Abstützelements 7. Somit wird beim darauffolgen den Nockenhub nach den Fig. 7, 8 das Abstützelement 7 innerhalb seiner Aufnahme in der Umgebungskonstruktion 26 axial abgesenkt. Auch ist durch den Eingriff der Ausnehmung 22 am Abstützelement 7 eine Verlagerung des Schiebemittels 13 blockiert. Jedoch kann das Schiebemittel 13 schon jetzt durch das Schaltmittel 11 in Richtung zum unteren Bildrand vorgespannt werden. Während des gewünschten abgeschalteten Zustands des Abstützelements 7 (keine Vorspannung des Schiebemittels 13) oszilliert das Abstützelement 7 somit unter Beibehaltung des geschlossenen Zustands des Ventils 2 in seiner Auf nahme der Umgebungskonstruktion 26 mit jedem Nockenhub.

Wird nach Vorspannung des Schiebemittels 13 in Richtung zum unteren Bild rand der nächste Grundkreisdurchlauf des Nockens 9 realisiert, so wird das Schiebemittel 13 in diesem Zustand, da die Aussparung 20 des Abstützelements 7 mit dem Schiebemittel 13 in Flucht ist, in die Aussparung 20 verlagert. Eine Rückstellung des Abstützelements 7 in Nockenrichtung erfolgt, wie genannt, durch das Federmittel 32. Beim nächsten Nockenhub ist das Abstützelement 7 wiederum formschlüssig mit dem Schiebemittel 13 verbunden und der Hub des Nockens 9 überträgt sich voll auf das Ventil 2 (siehe Fig. 1-4).

Zur Begrenzung der Verschiebebewegung des Schiebemittels 13 sind an der Umgebungskonstruktion 26 Anschläge 27, 28 (siehe Fig. 1) angeordnet. Diese Anschläge 27, 28 definieren in vorteilhafter Art und Weise gleichzeitig die Schaltstellungen des Schiebemittels 13.

Schließlich zeigen die Fig. 9 bis 11 eine zweckmäßige Ausgestaltung des Schiebemittels 13 (Hülse). Sind beispielsweise mehrere gleichwirkende Ventile 2 bei einer Anwendung des Ventiltriebs für eine Brennkraftmaschine je Zylinder angeordnet, so kann diesen gleichwirkenden Ventilen 2 ein gemeinsames Schiebemittel 13 zugeordnet werden. Durch zweckmäßige Anordnung der Ausnehmungen 22 auf der Seite der Abstützelemente 7 können bei Verlagerung des Schaltmittels 11 durch das Verlagerungsmittel 12 drei unterschiedliche Gesamtgaswechselquerschnitte realisiert werden:
Nach Fig. 9 ist eine Öffnung beider Ventile 2 je Zylinder realisiert. Fig. 10 zeigt, daß das untere der beiden Abstützelemente 7 abgeschaltet ist, so daß lediglich ein Teilgaswechselquerschnitt (beispielsweise bei niederer bis mittlerer Drehzahl und Last der Brennkraftmaschine) über die Ventile 2 realisiert ist. Fig. 11 offenbart eine vollständige Abschaltung beider Ventile 2 durch ihre zugeordneten Abstützelemente 7. Durch die letztgenannte Variante ist eine voll ständige Zylinder- bzw. Zylinderbankabschaltung realisiert.

Auch durch die in den Fig. 1 bis 8 beschriebenen Ausgestaltungen ist, beispielsweise bei 2V-Technik an der Brennkraftmaschine, eine vollständige Zylinderabschaltung realisierbar. Selbstverständlich beziehen sich diese Ausge staltungen jedoch auch auf Mehrventiltechnik.

Zur Sicherung einer einmal erreichten Verschiebeposition des Schiebemittels 13 kann dieses nach den Fig. 9 bis 11 durch ein Rastmittel 29 wie eine Kugel fixiert werden. Diese Kugel wird in Rastrichtung federbeaufschlagt und verläuft in komplementären Rastausnehmungen 30 am Schiebemittel 13.

Zur Begrenzung der Verlagerungsbewegung des Schaltmittels 11 ist es in den Fig. 9 bis 11 angedeutet, daß im Bereich der Umgebungskonstruktion 26 Anschlagmittel 31 für das Schaltmittel 11 vorgesehen sind.

Bezugszeichenliste

1

Ventiltrieb

2

Ventil

3

Ende

4

Schlepphebel

5

Ende

6

Kopf

7

Abstützelement

8

Mantelfläche

9

Nocken

10

Nockenwelle

11

Schaltmittel

12

Verlagerungsmittel

13

Schiebemittel

14

Stirnseite

15

Stirnseite

16

Federmittel

17

Federmittel

18

Anschlag

19

Anschlag

20

Aussparung

21

Außenmantel

22

Ausnehmung

23

Ende

24

Ende

25

Federmittel

26

Umgebungskonstruktion

27

Anschlag

28

Anschlag

29

Rastmittel

30

Rastausnehmung

31

Anschlagmittel

32

Druckfeder

Claims

1. Periodisch beaufschlagbarer Ventiltrieb (1) für einen Gas- bzw. Flüssigkeits austausch, bestehend aus bevorzugt in wenigstens je einer Reihe angeordneten Ventilen (2), wobei jedes der Ventile (2) in Öffnungsrichtung durch ein erstes Ende (3) eines Schlepphebels (4) beaufschlagt ist, der an seinem weiteren ventilseitigen Ende (5) auf einem Kopf (6) eines Abstützelements (7) gelagert ist, wobei der Schlepphebel (4) an seiner dem Ventil (2) abgewandten Mantelfläche (8) von einem Nocken (9) einer Nockenwelle (10) kontaktiert ist und wobei dem Abstützelement (7) Schaltmittel (11) zur wahlweisen Schaltung des Ventils (2) auf einen 0- bzw. Minimalhub zugeordnet sind, dadurch gekennzeichnet,

- daß den Abstützelementen (7) jeder Reihe gleichwirkender Ventile (2) le diglich ein gemeinsames und parallel zu diesen verlaufendes mechanisches Schaltmittel (11) zugeordnet ist, welches von einem zentralen Verlagerungs mittel (12) in Schalt- oder Abschaltrichtung oder wahlweise in beide Richtun gen für das Abstützelement (7) betätigbar ist,
- daß im Bereich jedes Abstützelements (7) wenigstens ein Schiebemittel (13) mit unmittelbarer sowie wahlweise sekantenartiger Eingriffsmöglichkeit am Abstützelement (7) positioniert ist und
- daß das Schiebemittel (13) durch das Schaltmittel (11) derartig vorspannbar ist, daß eine Schaltung der diskreten Abstützelemente (7) nach Auslösung eines zentralen Schaltbefehls am Schaltmittel (11) lediglich in einer Grund kreisphase des dem jeweiligen Abstützelement (7) zugehörigen Nockens (10) ermöglicht ist.

2. Ventiltrieb nach Anspruch 1, dadurch gekennzeichnet,

- daß das Schaltmittel (11) als Stange hergestellt ist, die einen- oder beidendig mit den Verlagerungsmitteln (12) versehen ist,
- daß die Schiebemittel (13) als die Stange im Bereich jedes Abstützelements (7) umschließende Hülse gefertigt sind, die an jeder Stirnseite (14, 15) von einem Federmittel (16, 17) wie einer Druckfeder zentriert ist,
- daß jede Druckfeder axial außen an einem mit der Stange fest verbundenen Anschlag (18, 19) anliegt,
- daß das Abstützelement (7) auf seiner der Hülse zugewandten Seite eine in seinem geschalteten Zustand auf einer Höhe der Hülse sowie parallel zu dieser verlaufende Aussparung (20) an seinem Außenmantel (21) besitzt, in welche die Hülse zur Schaltung des Abstützelements (7) verlagerbar ist und
- daß die Hülse auf ihrer dem Abstützelement (7) zugewandten Seite eine zu ihrer von der Aussparung (20) umschlossenen Fläche zumindest komplemen täre oder größere Ausnehmung (22) aufweist, mit der sie zur Abschaltung des Abstützelements (7) in Flucht mit dem Abstützelement (7) bringbar ist.

3. Ventiltrieb nach einem der vorhergehenden Ansprüche, dadurch gekenn zeichnet, daß als Verlagerungsmittel (12) wenigstens ein Mittel aus der Gattung der elektromagnetischen, magnetischen, hydraulischen, pneumatischen, elek tromechanischen oder mechanischen Mittel ausgewählt ist.

4. Ventiltrieb nach Anspruch 3, dadurch gekennzeichnet, daß das Verlagerungs mittel (12) an einem Ende (23) des Schaltmittels (11) angeordnet ist und zur Verlagerung in lediglich eine Axialrichtung dient, wobei eine Rückstellung des Schaltmittels (11) über wenigstens ein bevorzugt am anderen Ende (24) dieses positioniertes Federmittel (25) realisiert ist.

5. Ventiltrieb nach Anspruch 1, dadurch gekennzeichnet, daß den Stirnseiten (14, 15) der Hülse an einer Umgebungskonstruktion (26) axiale Anschläge (27, 28) zugeordnet sind, durch deren Abstand einerseits die Schalt- und ande rerseits die Abschaltstellung der Hülse definierbar ist.

6. Ventiltrieb nach Anspruch 2, dadurch gekennzeichnet, daß eine Hülse für mehrere gleichwirkende Ventile (2) je Reihe vorgesehen ist, deren Aussparun gen (22) derartig längsverteilt angeordnet sind, daß bei Verlagerung der Hülse durch das Schaltmittel (11) wahlweise sämtliche oder nur eine Teilmenge der Abstützelemente (7) geschaltet bzw. daß alle Abstützelemente (7) abgeschaltet sind.

7. Ventiltrieb nach Anspruch 1 oder 6, dadurch gekennzeichnet, daß das Schaltmittel (11)/die Hülse in jeder Schaltstellung durch ein Rastmittel (29) wie eine federbelastete Kugel, der bei jeder erreichten Schaltstellung eine Rast ausnehmung (30) am Schiebemittel (11)/an der Hülse gegenüberliegt, arretierbar ist.

8. Ventiltrieb nach Anspruch 1, dadurch gekennzeichnet, daß eine Verlagerung des Schaltmittels (11) durch mit diesem kommunizierende Anschlagmittel (31) an einer Umgebungskonstruktion (26) begrenzt ist.

9. Ventiltrieb nach Anspruch 1, dadurch gekennzeichnet, daß das Abstützele ment (7) in Nockenrichtung durch eine Druckfeder (32) oder ein ähnliches Mittel beaufschlagt ist.

10. Ventiltrieb nach Anspruch 1, dadurch gekennzeichnet, daß der Ventiltrieb (1) für den Ladungswechsel einer Brennkraftmaschine eingesetzt ist.