DE19830168C2 - Vorrichtung zum Aktivieren und Deaktivieren eines Ladungswechselventils einer Brennkraftmaschine - Google Patents

Description

Die Erfindung betrifft eine Vorrichtung zum Aktivieren und Deaktivieren eines Ladungswechselventils einer Brennkraftmaschine.

Bei mehrzylindrigen Maschinen werden aus Gründen der Verbrauchseinsparung im Teillastbereich ein oder mehrere Zylinder außer Betrieb gesetzt, so daß die verbleibenden Zylinder mit höherem Mitteldruck und entsprechend geringerem spezifischen Verbrauch arbeiten. Ein Außerbetriebsetzen des oder der Zylinder lediglich durch Unterbrechung der Kraftstoffzufuhr hat den Nachteil, daß in dem Zylinder Ladungswechselarbeit verrichtet wird und der Zylinder von der durch ihn hindurchströmenden Luft abgekühlt wird, wodurch bei einer erneuten Inbetriebsetzung insbesondere Probleme hinsichtlich hoher Schadstoffkonzentrationen im Abgas entstehen.

Aus der DE 196 30 309 A1 ist eine Vorrichtung zum Unterbrechen des Kraftflusses zwischen einer Nockenwelle und einem Ventil bekannt, die einen motorgehäusefest gelagerten Schwenkhebel, dessen Schwenkbewegung von der Nockenscheibe betätigt ist, ein Betätigungsglied zum Betätigen des Ventils und ein an dem Schwenkhebel angebrachtes, bewegliches Kopplungsglied aufweist, das mittels einer Betätigungseinrichtung in eine erste und eine zweite Stellung bewegbar ist. In seiner ersten Stellung stellt das Kopplungsglied eine starre Verbindung zwischen dem Schwenkhebel und dem Betätigungsglied her, sodaß das Ventil mittels der Nockenscheibe betätigbar ist. In seiner zweiten Stellung läßt das Kopplungsglied eine Bewegung des Betätigungsgliedes relativ zum Schwenkhebel zu, sodaß die Bewegungsübertragung zwischen Schwenkhebel und Betätigungsglied unterbrochen und das Ventil stillgesetzt ist.

Aus der DE 196 43 711 A1 ist eine Ventilbetätigungsvorrichtung für eine Brennkraftmaschine bekannt, bei der einem Ventil zwei Schlepphebel mit zugehörigen Nocken zugeordnet sind. Die Schlepphebel können durch Kupplungsmittel miteinander verbunden werden. Der eine Nocken ist ein Grundkreisnocken mit einem Nullhubprofil, wodurch bei dessen Wirkung das zugeordnete Ventil geschlossen bleibt. Bei gekoppelten Schlepphebeln wird das zugeordnete Ventil dagegen durch den anderen Nocken und den diesem zugeordneten anderen Schlepphebel betätigt.

Die US 4 607 600 beschreibt eine Ventilbetätigungsvorrichtung für die Ladungswechselventile von Brennkraftmaschinen mit einem Kipphebel, der aus zwei Armen besteht, die drehbar mittels einer Verbindungswelle verbunden sind. Einer der Arme ist drehbar mit einer Kipphebelwelle verbunden und der andere liegt an einem Ventilschaft an. Die Arme können wahlweise eine Betriebsstellung einnehmen, in der sie etwa geradlinig zueinander verlaufen, und eine unwirksame Stellung, in der eine mögliche Relativdrehung zwischen den Armen einen Nockenhub aufnimmt.

In der US 4,188,933 ist ein Ventilbetätigungsmechanismus beschrieben, bei dem ein Ende eines Kipphebels am Schaft eines Ventils anliegt, das andere Ende auf einem Kolbenteil gelagert ist und zwischen den beiden Enden die Nockenscheibe einer Nockenwelle angreift. Das Kolbenteil ist zur Stillsetzung des Ventils aus einer Betriebsstellung in eine Stellung bewegbar, in der der Kipphebel nicht mehr in Eingriff mit der Nockenscheibe kommt.

Der Erfindung liegt die Aufgabe zugrunde, eine Vorrichtung der eingangs beschriebenen Art zu schaffen, die bei einfachem Aufbau und geringem Platzbedarf eine hohe Funktionssicherheit aufweist.

Diese Aufgabe wird mit den Merkmalen des Hauptanspruchs gelöst.

Der erfindungsgemäß zur Lagerung des Übertragungsbauteils, beispielsweise eines üblichen Kipphebels, vorgesehene schwenkbare Exzenterhebel wird bei deaktiviertem Ladungswechselventil hin- und hergeschwenkt, so daß die vom Nocken herbeigeführte Bewegung des Übertragungsbauteils zu keiner Öffnung des Ventils führt. Der Exzenterhebel erreicht bei Wirksamkeit des Grundkreises des Nockens jeweils eine vorgegebene Ruhestellung.

Wenn der Exzenterhebel in seiner Ruhestellung festgelegt wird, überträgt das Übertra­ gungsbauteil den Nockenhub in eine Öffnungsbewegung des Ventils.

Die erfindungsgemäße Vorrichtung, die gegenüber konventionellen Ventiltrieben lediglich den Exzenterhebel und die Verriegelungsvorrichtung sowie die Federeinrichtung für den Exzenterhebel enthält, kann so kompakt ausgeführt werden, daß sie in vorhandene mit ent­ sprechenden Übertragungsbauteilen arbeitende Ventiltriebe hinein konstruierbar ist, ohne daß beispielsweise ein Zylinderkopf deutlich geändert werden muß.

Die Unteransprüche sind auf vorteilhafte Weiterbildungen der erfindungsgemäßen Vorrich­ tung gerichtet.

Die Erfindung wird im folgenden anhand schematischer Zeichnungen beispielsweise und mit weiteren Einzelheiten erläutert.

Es stellen dar:

Fig. 1 eine schematische Schnittansicht einer Ausführungsform der Vorrich­ tung im Ruhezustand,

Fig. 2 die Vorrichtung gemäß Fig. 1 bei verschwenkbaren Exzenterhebel und betätigtem Betätigungsbauteil,

Fig. 3 die Ansicht der Fig. 1, in die zusätzlich der Zustand maximaler Öff­ nung des Ventils bei festgesetztem Exzenterhebel eingezeichnet ist,

Fig. 4 und 5 zwei gegenüber Fig. 1 abgeänderte Ausführungsformen der Vorrich­ tung und

Fig. 6 und 7 eine weitere abgeänderte Ausführungsform in zwei Betriebsstellun­ gen.

Gemäß Fig. 1 betätigt eine Nockenwelle 2 einer Brennkraftmaschine eine Stoßstange 4, die einen Kipphebel 6 betätigt. Der Kipphebel 6 liegt am Schaft 8 eines Ladungswechselventils 10 einer Brennkraftmaschine an, das von einer Ventilfeder 12 in Schließstellung vorge­ spannt ist. In der Bewegungsübertragung zwischen der Stoßstange 4 und dem Kipphebel 6 oder dem Kipphebel 6 und dem Schaft 8 ist ein als Ventilspielausgleichselement wirken­ der Hydrostößel 14 angeordnet, der über das Hydrauliksystem der Brennkraftmaschine mit Fluid versorgt wird.

Der Aufbau und die Funktion der bisher beschriebenen Bauteile ist an sich bekannt und wird daher nicht näher erläutert.

Im Gegensatz zum Stand der Technik ist der Kipphebel 6 nicht unmittelbar an einer ma­ schinenfesten Welle 16 mit einer maschinenfesten Achse 18 gelagert sondern an einem Ex­ zenterhebel 20, der auf der Welle 16 gelagert ist. Der Exzenterhebel 20 weist eine Basis 22 mit kreisrundem Querschnitt auf, die eine Welle bildet, welche eine entsprechende Boh­ rung 23 des Kipphebels 6 durchdringt, so daß der Kipphebel 6 um die Achse 24 der Basis 22 schwenkbar ist, d. h. an dem Exzenterhebel 20 gelagert ist.

Von der Basis 22 des Exzenterhebels 20 steht an einer Seite oder zu beiden Seiten des Kipphebels 6 ein Arm 26 vor, der in einem Endbereich 28 aus magnetisierbarem Material endet.

In der Stellung gemäß Fig. 1 befindet sich eine Anlagefläche des Endbereiches 28 in Anla­ ge an einem maschinenfesten Kern 30 eines Elektromagneten 32, dessen Spule mit 34 be­ zeichnet ist.

An der vom Kern 30 abgewandten Seite des Endbereiches 28 greift eine Rückstellfeder 36 an, die den Exzenterhebel 20 gemäß Fig. 1 in Gegenuhrzeigerrichtung vorspannt.

Fig. 1 stellt die Anordnung in dem Betriebszustand dar, in dem der Grundkreis des Nockens 3 der Nockenwelle 2 in Anlage an der Stoßstange 4 ist und das Ventil 10 ge­ schlossen ist.

Die Funktion der beschriebenen Anordnung ist folgende:
Es sei angenommen, daß sich die Nockenwelle 2 aus der Fig. 1 gezeigten Stellung weiter dreht, so daß der Nocken 3 die Stoßstange 4 anhebt, und daß der Elektromagnet 32 nicht bestromt ist, so daß der Exzenterhebel 20 aus der Stellung gemäß Fig. 1 in Gegenuhrzei­ gerrichtung schwenken kann. Beim Anheben der Stoßstange 4 und entsprechend Anheben des rechten Arms des Kipphebels 6 hat der Kipphebel 6 zunächst das Bestreben, sich um seine Lagerung auf dem Exzenterhebel 20 in Gegenuhrzeigerrichtung zu verschwenken. Dabei stützt er sich gegen die Kraft der Ventilfeder 12 auf dem Schaft 8 des Ventils 10 ab und verschwenkt den Exzenterhebel 20 um dessen Achse 18 in Gegenuhrzeigerrichtung, wobei sich die Lagerachse 24 des Kipphebels 6 am Exzenterhebel 20 anhebt. Fig. 2 zeigt den Bewegungszustand bei maximal angehobener Stoßstange 6, in dem der Kipphebel 6 insgesamt um seinen Auflagepunkt am Schaft 8 in Gegenuhrzeigerrichtung verschwenkt ist und der Exzenterhebel 20 gegen die Kraft der Rückstellfeder 36 in Gegenuhrzeigerrichtung verschwenkt ist.

Die Federn 12 und 36 sowie die wirksamen Hebelarme sind derart aufeinander abge­ stimmt, daß das Ventil 10 geschlossen bleibt und die Feder 36 den Exzenterhebel 20 mit einem Moment belastet, das einer weiteren Anhebung des rechten Arms des Kipphebels 6 entgegenwirkt und dafür sorgt, daß sich der Hydrostößel 14 nicht aufpumpt.

Wenn der Nocken 3 sich an der Stoßstange 4 vorbeibewegt hat, kippt der Kipphebel 6 un­ ter Verschwenkung des Exzenterhebels 20 in Uhrzeigerrichtung zurück, bis die Stellung gemäß Fig. 1 wieder erreicht ist und der Endbereich 28 des Exzenterhebels 20 erneut in Anlage an den Kern 30 des Elektromagneten 32 gelangt.

Fig. 3 verdeutlicht den Zustand, bei dem die Stoßstange 4 um den Hub h des Nockens 3 angehoben ist, der Exzenterhebel 20 jedoch vom Elektromagneten 32 festgehalten wird, so daß er nicht verschwenkbar ist. Im festgehaltenen Zustand des Exzenterhebels 20 bildet die exzenterhebelfeste Achse 24 die Schwenkachse des Kipphebels 6, wodurch dieser beim Anheben der Stoßstange 4 unter Überwindung der Schließkraft der Ventilfeder 12 in Gegenuhrzeigerrichtung verschwenkt wird und das Ventil 10 um den Hub H öffnet. Das Verhältnis von H zu h ist durch die Länge der wirksamen Hebelarme des Kipphebels 6 ge­ geben.

Die beschriebene Vorrichtung ist außerordentlich einfach ansteuerbar, da zur Aktivierung bzw. Deaktivierung des Elektromagneten 32 bzw. zum Fangen und Loslassen des Exzen­ terhebels 20 jeweils die ganze Zeitdauer zur Verfügung steht, während der der Grundkreis des Nockens 3 an der Stoßstange 4 anliegt. Der Elektromagnet 32 kann verhältnismäßig klein bemessen sein, da er lediglich die Haltekraft zum Halten des Endbereichs 28 aufbrin­ gen muß. Ein Fangen aus einer Entfernung ist praktisch nicht notwendig, da der Exzenter­ hebel 20 jeweils bis zumindest annähernd in Anlage an den Kern 30 des Elektromagneten 32 bewegt wird. Auf diese Weise wird auch eine außerordentlich hohe Funktionssicherheit der Anordnung erzielt.

Im abgeschalteten bzw. deaktivierten Zustand des Ventils 10 wird jeweils nur der Exzen­ terhebel 20 verschwenkt, was lediglich gegen die Kraft der Rückstellfeder 36 erfolgt und daher mit wenig Verlustenergie behaftet ist.

In der dargestellten Ausführungsform, die lediglich beispielhaft ist, sind der vom Elektro­ magneten 32 gefangene Endbereich 28, die maschinenfeste Achse 18 und die exzenterfeste Achse 24 derart angeordnet, daß die exzenterfeste Achse 24 bei geschlossenem Ventil 10 und nicht betätigter Stoßstange 4 etwa in Verlängerung der Verbindungslinie vom Endbe­ reich 28 zur Achse 18 liegt.

Die beschriebene Vorrichtung kann in vielfältiger Weise abgeändert werden. Der Kipphe­ bel 6 kann bei entsprechender kinematischer Übertragung durch einen Schwenkhebel er­ setzt sein. Die Stoßstange 4, wie sie bei Motoren mit untenliegender Nockenwelle verwen­ det wird, kann fehlen und die Nockenwelle 2 kann im Zylinderkopf angeordnet sein und den Kipphebel 6 beispielsweise unmittelbar über einen Stößel oder über eine Rolle betätigen. Der Elektromagnet 32 kann durch jedwelche andere Verriegelungsvorrichtung ersetzt sein, die den Exzenterhebel 20 in dessen Ruhestellung (Fig. 1) verriegelt und ent­ riegelt, beispielsweise eine hydraulisch oder unmittelbar mechanisch arbeitende Vorrich­ tung.

Die dargestellte Ausführungsform kann in vielfältiger Weise abgeändert werden.

Der Arm 26 des Exzenterhebels 20 muß beispielsweise nicht seitlich außerhalb des Kipp­ hebels 6 angeordnet sein. Die Konstruktion kann auch derart sein, daß der Kipphebel 6 in seinem zentralen Bereich eine Aussparung aufweist, innerhalb der sich der Arm 26 be­ wegt.

Fig. 4 zeigt eine Ausführungsform der Vorrichtung, die sich von der der Fig. 1 dahinge­ hend unterscheidet, daß der Elektromagnet 32 am Kipphebel 6 selbst befestigt ist, und sich die Rückstellfeder 36 an einem Ansatz 40 des Kipphebels 6 abstützt. Bei dieser Ausfüh­ rungsform ist die maschinenfeste Achse 18 die Achse, um die der Kipphebel 6 bei von dem Elektromagneten 32 gefangenem Exzenterhebel 20 schwenkt.

Fig. 5 zeigt eine weitere, gegenüber Fig. 1 abgeänderte Ausführungsform.

Bei dieser Ausführungsform ist der Elektromagnet 32 maschinenfest angeordnet. Bei Strombeaufschlagung seiner Spule 34 zieht der Kern 30 gegen die Kraft von Federn 42 eine Ankerplatte 44 an. Die dem Exzenterhebel 18 zugewandte Fläche der Ankerplatte 44 ist als Bremsfläche ausgebildet, die bei nicht aktiviertem Elektromagnet 32 am Außenum­ fang der Basis 22 des Exzenterhebels 20 anliegt und dessen Stellung festhält. Bei dieser Ausführungsform ist die Ruhestellung des Exzenterhebels 20 somit nicht wie bei der Aus­ führungsform gemäß Fig. 1 durch den Anschlag an dem ortsfesten Elektromagneten gebil­ det, sondern durch die Stellung bestimmt, die der von der Rückstellfeder 36 in Uhrzeiger­ richtung gedrängte Exzenterhebel bei geschlossenem Ventil und nicht betätigter Stoßstange 4 einnimmt. Diese Ruhestellung ist eine "dynamische" Ruhestellung, die ein Ventilspielaus­ gleichselement bzw. einen Hydrostößel in der Bewegungsübertragung zwischen Nocken 3 und Ventil 10 überflüssig macht. Im Unterschied zur Fig. 1 ist der Exzenterhebel 20 bei der Ausführungsform gemäß Fig. 5 bei bestromten Elektromagnet 32 verschwenkbar, d. h. das Ventil 10 deaktiviert. Die Konstruktion kann, indem die Ankerplatte lediglich als Bremsplatte ausgebildet wird, die mit einer auf der abgewandten Seite des Kerns verbunde­ nen Ankerplatte verbunden ist, derart abgeändert werden, daß der Exzenterhebel bei be­ stromtem Magneten nicht verschwenkbar ist.

Es versteht sich, daß die Ausführungsform gemäß Fig. 5 ähnlich wie die der Fig. 4 derart ausgebildet sein kann, daß der Elektromagnet 32 am Kipphebel 6 befestigt ist und sich die Rückstellfeder 36 am Kipphebel 6 abstützt.

Weiterhin kann die Ausführungsform gemäß Fig. 5 dahingehend abgeändert werden, daß die Bremsplatte 48 nicht mit einem Umfangsbereich des Exzenterhebels 20 zusammenwirkt sondern mit einer Stirnfläche des Exzenterhebels 20.

Die Ausführungsform gemäß Fig. 6 und 7 unterscheidet sich von der der Fig. 1 vor allem dadurch, daß der Exzenterhebel 20 bei nicht aktiviertem Elektromagneten 32 gesperrt bzw. nicht verschwenkbar ist. Dazu ist der Endbereich des Arms 26 des Exzenterhebels 20 mit einem Sperransatz 50 ausgebildet, der einen Sperrschieber 52 hintergreift, der von einer Feder 54 in seine eine Verschwenkung des Exzenterhebels 20 sperrende Stellung gedrängt ist. Die gesperrte bzw. verriegelte Drehstellung des Exzenterhebels 20 ist durch dessen Anlage an einem motorfesten Ansatz 56 bestimmt. Wird der Elektromagnet 32 bestromt, so wird der Sperrschieber 52 nach links gezogen, wodurch die Schwenkbarkeit des Exzen­ terhebels 20 freigegeben wird (Fig. 7). Im übrigen entspricht die Funktion der Ausfüh­ rungsform gemäß Fig. 6 der der Fig. 1.

Claims (7)

1. Vorrichtung zum Aktivieren und Deaktivieren eines Ladungswechselventils ei­ ner Brennkraftmaschine, enthaltend
ein Übertragungsbauteil (6) mit dem eine von einem Nocken (3) erzeugte Hub­ bewegung auf das Ventil (10) übertragbar ist,
welches Übertragungsbauteil an einem Exzenterhebel (20) exzentrisch zu einer maschinenfesten Achse (18) verschwenkbar gelagert ist, um die der Exzenterhebel schwenkbar ist, so daß
der Exzenterhebel bei geschlossenem Ventil und mit seinem Grundkreis wirksa­ men Nocken eine Ruhestellung einnimmt,
das Übertragungsbauteil eine durch die Nockenerhebung verursachte Hubbewe­ gung bei in Ruhestellung gehaltenem Exzenterhebel in eine Öffnungsbewegung des Ventils umsetzt und
bei verschwenkbarem Exzenterhebel eine durch die Nockenerhebung verursach­ te Hubbewegung unter Abstützung an dem geschlossenem Ventil in eine Schwenkbewe­ gung des Exzenterhebels (20) umsetzt,
und weiter enthaltend
eine Verriegelungsvorrichtung (32, 28) mit der der Exzenterhebel in der Ruhe­ stellung verriegelbar ist, und
eine Federeinrichtung (36), die den Exzenterhebel in die Ruhestellung drängt.

2. Vorrichtung nach Anspruch 1, wobei das Übertragungsbauteil (6) über ein Be­ tätigungsbauteil (4) von dem Nocken (3) bewegt wird.

3. Vorrichtung nach Anspruch 1 oder 2, wobei in der Bewegungsübertragung von dem Nocken (3) zum Ventil (10) ein Hydrostößel (14) angeordnet ist.

4. Vorrichtung nach einem der Ansprüche 1 bis 3, wobei das Übertragungsbauteil ein Kipphebel (6) ist, der zwischen seiner vom Nocken (3) betätigten Stelle und der das Ventil (10) betätigenden Stelle an dem Exzenterhebel (20) gelagert ist.

5. Vorrichtung nach einem der Ansprüche 1 bis 4, wobei der Exzenterhebel (20) eine im Querschnitt kreisförmige Basis (22) aufweist, auf der das Übertragungsbauteil (6) gelagert ist und die exzentrisch auf einer maschinenfesten Welle (16) gelagert ist.

6. Vorrichtung nach einem der Ansprüche 1 bis 5, wobei der Exzenterhebel (20) einen zur Seite des Ventils (10) hin gerichteten Arm (26) aufweist, dessen Endbereich (28) mittels der Verriegelungsvorrichtung (32) verriegelbar ist, und die Schwenkachse (24) des Übertragungsbauteils (6) bei geschlossenem Ventil mit seinem Grundkreis wirksamen Nocken (3) etwa in Verlängerung einer den Endbereich (28) des Exzenterhebels mit dessen Schwenkachse (18) verbindenden Linie liegt.

7. Vorrichtung nach einem der Ansprüche 1 bis 6, wobei die Verriegelungsvor­ richtung durch einen Elektromagneten (32) gebildet ist, mit dem der aus magnetisierbarem Werkstoff bestehende Endbereich (28) des Exzenterhebels (20) fangbar ist.