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Mehrzylindrige Brennkraftmaschine mit Ventilabschaltung
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Die Erfindung bezieht sich auf eine mehrzylindrige Brennkraftmaschine
mit Ventilabschaltung.
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Es ist bekannt, während des Arbeitsprozesses einer mehrzylindrigen
Hubkolben-Brennkraftmaschine - vorzugsweise im Teillastbereich - einen oder mehrere
Zylinder durch Abschalten der Ventile außer Betrieb zu setzen, um den Kraftstoffverbrauch
in dieser Betriebsphase herabzusetzen.
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in geringerer Kraftstoffverbrauch ergibt sich aus der Tatsache, daß
die noch im Betrieb befindlichen restlichen Zyl inier bei einem höheren Mitte ldruck
arbeiten und höherer mittlerer Arbeitsdruck bedetitet einen niederen spezifischen
Kraftstoffverbrauch, was aus den üblichen Verbrauchskennfeldern einer Hubkolben-Brennkraftmaschine
zu entnehmen ist.
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Um Kraftstoffersparnisse zu erzielen, ist bereits bei Brennkraftmaschinen
mit Kipphebelsteuerung eine Ventilabschaltvorrichtung nach der DE-OS 26 21 704 vorgeschlagen
worden, die im Kipphebelfestlager in der Mitte des Kipphebels angeordnet ist und
durch eine Feder je nach Bedarf elastisch nachgiebig oder fest eingestellt werden
kann.
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Kipphebelsteuerungen, im wesentlichen bestehend aus einer an der Brennkraftmaschine
seitlich liegenden Nockenwelle, aus Stoßstangen und Kipphebeln, sind aber mit dem
Nachteil behaftet, daß die relativ großen Massen nur begrenzte Drehzahlen der Brennkraftmaschine
zulassen.
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Außerdem bewirkt der lange Übertragungsweg von der Nockenwelle zum
Ventilschaft eine große Weichheit der Steuerung, die zu Schwingungen neigt.
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Moderne Brennkraftmaschinen-Konstruktionen haben obenliegende Nockenwellen
mit Nocken, die entweder er einen Schwinghebel und einen Tassenstößel oder nur über
einen Tassenstößel auf das jeweilie Ventil einwirken.
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Ventil triebe dieser Art sind den zuvor genannten Ventiltriebes überlegen,
weil nicht nur höhere l)rehzahlen erreichbar sind, sondern auch infolge kürzerer
Übertragungswege die Schwindungsanfälligkeit im Betriebsbereich geringer ist.
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T)er Erfindung liegt daher die Aufgabe zugrunde, für moderne mit Ventilspielausgleich
versehene Ventiltriebe eine in dr Elerstellung kestengiinstige und zuverlässige
Ventilabschaltung mit kleinen bewegten Massen zu schaffen.
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Die Aufgabe wird gemäß der erfindung dadurch gelöst, daß zwischen
Ventilschaftende und Ventilbetätigungsmitteln eine einen Tassenstößel aufweisende
mechanische Vorrichtung mit integrierten, an sich bekannten Mitteln für den Ventilspielausgleich
zwischengeschaltet ist, die jeweils willkürlich in dem einen Pall als starres Zwischenglied
zwischen dem Ventilschaftende und den Ventilbetätigungsmitteln dient und in dem
anderen Fall bei Schließstellung des Ventil es die Verbindung zwischen dem Ventilschaftende
und den Ventilbetätigungsmitteln aufhebt.
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In vorteilhafter Ausgestaltung der Erfindung kann der fiir die Übertragung
der Schaltkraft vorgesehene Tassenstößel aus einem in einem Stößelgehäuse längsverschiebbar
und drehbar geführten Stößeloberteil und aus einem drehfesten, für den Ventilspielausgleich
als Gehäuse
dienenden Stöelunterteil bestehen, wobei Sttibeloberteil
und Stößelunterteil kupplungsartig, insbesondere nach Art einer Drehverriegelung,
zusammenwirken.
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Als weiteres Merkmal der L'rfindung ist vorgesehen, daß ein in dem
Stößelgehiuse fest angeordneter Drehsicherungsring und das Stößelunterteil drehfest
miteinander verbunden sind, jedoch das Stößelunterteil in dem Drehsicherungsring
axial verschiebbar geführt ist.
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ei einem Ausführungsbeispiel mit einer Ölzufuhr fr den Ventilspielausgleich
im unteren Bereich des Stößelgehäuses wird erfindungsgemtß vorgeschlagen, das Stößeloberteil
einteilig und das Stößelunterteil mehrteilig auszubilden, wobei das einteilige Stößeloberteil
aus einer Tasse gebildet ist und einen stufig ausgebildeten innenliegenden zylindrischen
Teil mit in der Stufe angeordneten Durchbrechungen aufweist, in die von dem Stößelunterteil
in Achsrichtung verlaufende Stelzen hineinragen, auf denen stirnseitig bei zugeschaltetem
Ventil und gedrehtem Stödeloberteil dieses im Bereich der Stufe ständig aufliegt.
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TYm das Stößeloberteil in die eine oder andere Sclialtstellung drehen
zu können und um ferner bei eingeschaltetem oder abgeschaltetem Ventil die Hubbewegungen
des von dem Nocken angetriebenen Stößeloberteils nicht zu beeinträchtigen, ist erfindungsgemäß
die Tasse des Stößeloberteils mit in Achsrichtung nach unten verlaufenden Führungsnuten
versehen, in die Zähne eines in dem Stößelgehäuse drehbar angeordneten Verstellhebels
eingreifen.
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In weiterer Ausgestaltung der Erfindung ist vorgesehen, daß sich
das Stößelunterteil aus drei konzentrisch zueinander liegenden Zylindern zusammensetzt,
von denen der innenliegende, mit den Stelzen versehene Zylinder zur Aufnahme
des
Ventilspielausgleichs vorgesehen ist, der mit diesem fest verbundene mittlere Zylinder
an dem in dem töelgehäuse längsverschiebbar geführten und mit einen Kolben des Ventilspielausgleichs
fest verbundenen außenliegenden Zylinder teilweise derart anliegt, daß zwischen
diesen beiden Zylindern ein Ringraum angeordnet ist, der die von einer Olpumpe wegführenden
Kanäle mit zum Ventilspielausgleich führenden Kanälen ständig verbindet.
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In vorteilhafter Weise kann der mittlere und der äußere Zylinder in
gleicher Höhe angeordnete, in Achsrichtung parallel verlaufende Führungsnuten aufweisen,
in die Zähne des 1)rehsicherungsringes eingreifen.
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Fiir den ständigen Anlagekontakt zwischen dem Stößeloberteil und dem
Nocken einerseits und dem Stößelunterteil und dem Ventil andererseits ist erfindungsgemäß
im Tassenstößel eine Druckfeder vorgesehen, die sich einerseits an einer als Federlager
dienenden Schulter des innenliegenden Zylinders des Stfiaelunterteils und andererseits
an einem an dem Stößeloberteil gleitend anliegenden Federgegenlager abstützt.
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Ferner ist erfindungsgemäß vorgesehen, eine den maximalen Federweg
der Stößelfeder begrenzende Anschlagsehraube in dem 'Ventilopielausgleich anzuordnen,
deren Gegenanschlag von einer Schulter an dem stufig ausgebildeten zylindrischen
Teil des Stößeloberteiles gebildet ist.
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Bei einem weiteren vereinfachten Ausführungsbeispiel, bei dem die
Ölzufuhr für den Ventilspielausgleich nicht über den unteren Bereich, sondern über
den oberen Bereich des Stößelgehäuses erfolgt, wird gemäß der Erfindung vorgeschlagen,
daß das Stößeloberteil zweiteilig ausgebildet ist und aus einer in dem Stößelgehäuse
entlanggleitenden, mit Schlitzen versehenen Tasse, in deren Schlitze drehsichernde
Vorspriinge eines in dem Gehäuse drehbar angeordneten
Verstellhebels
eingreifen, und aus einem am Tassenboden anliegenden zylindrischen Druckkörper besteht,
der am oberen Ende kragenartig ausgebildet und mit nach radial außen ragenden Vorsprüngen
versehen ist, die ebenfalls in die Schlitze drehsichernd eingreifen, und der am
unteren Sunde eine Tnnenvcrzalmung aufweist.
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In bevorzugter Ausführungsform der erfindung ist vorresehen, daß das
zylindrisch ausgebildete Stößelunterteil, das als Gehäuse für den Ventilspielausgleich
dient, an seinem Mantel in Achsrichtung verlaufende leistenartige Vorsprünge aufweist,
die bei Ventilabschaltung in die Zahniticken der Innenverzahnung des Druckkörpers
eingreifen, die aber bei Ventilzuschaltung, also Drehung des Stößeloberteiles. stirnseitig
als Auflagefläche für den Druckkörper dient.
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Erfindungsgemäß kann der Druckkörper von einem Blechmantel fest umgeben
sein, der gemeinsam mit dem Druckkörper einen für die blzufuhr zum Ventilspielausgleich
vorgesehenen lingraum bildet.
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Um auch bei diesem Ausführungsbeispiel einen ständigen Anlagekontakt
zwischen dem Nocken, Tassenstößel und Ventil sicherzustellen, wird vorgeschlagen,
in der Tasse des Stößeloberteiles eine Druckfeder derart anzuordnen, daß sie sich
einerseits an dem Drehsicherungsring und andererseits an einem den Blechmantel und
den unteren Bereich des Druckkörpers umgebenden und mit dem Stößelunterteil drehfest
verbundenen Federlager abstützt, außerdem in dem Druckkörper eine weitere Feder
so anzuordnen, daß sie sich einerseits an einem an dem Tassenboden drehbar anliegenden
Federteller und andererseits an einer für den Ventilspielausgleich vorgesehenen,
auf einer schulter des Stoßelunterteiles aufliegenden Verschlußkappe abstützt.
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In vorteilhafter Weise kann als Schaltmittel für die Verstellung des
Verstellhebels ein Elektromagnet angeordnet sein, der über ein vorzugsweise parallelogrammartiges
Verbindungsgestänge sowohl den Verstellhebel für das Einlaßventil als auch den Verstellhebel
für das Aus daß ventil gleichzeitig verstellt.
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In der Zeichnung ist die Erfindung anhand von zwei Ausführungsbeispielen
dargestellt und im folgenden näher beschrieben. Es zeigen Fig. 1 ein erstes Äusführungsbeispiel
der Ventilabschaltung im Schnitt, wobei im Tassenstöüel eine Ventilspiel-Ausgleichsvorrichtung
untergebracht ist, Fig. 2 ein zweites Ausführungsbeispiel der Ventilabschaltung
im Schnitt, ebenfalls mit Ventilspiel-Ausgleichsvorricl-ltung im Tassenstößel.
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Die in Fig. 1 gezeigte Ventilabschaltung im Ventiltrieb einer sechs-
oder achtzylindrigen Brennkraftmaschine ist Bestandteil eines mit einer Ventil spiel-Ausgleichs
vorrichtung 1 versehenen Tassenstößels 2, der sich aus dem einteiligen Stößeloberteil
3 und dem mit diesem kupplungsartig zusammenwirkenden mehrteiligen Stößelunterteil
4 zusammensetzt.
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Das Stößeloberteil 3 besteht aus einer Tasse 5, deren zylindrischer
Teil 6 an der Innenwandung eines Stößelgehäuses 7 entlanggleitet und mit einem in
dem Stößelgehäuse 7 drehbar gelagerten Verstellhebel 8 drehfest verbunden ist. Der
den zylindrischen Teil 6 umgebende Verstellhebel 8 ist mit einer Innenverzahnung
9 versehen, deren Zähne 10 in Führungsnuten 11 des Teiles 6 eingreifen.
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Vom Tassenboden 12 der Tasse 5 ragt ein weiterer zylindrischer Teil
13 ab, der stufig ausgebildet ist, wobei die Stufe 14 mit Durchbrechungen 15 versehen
ist, in die bei abgeschaltetem Ventil 16 in Achsrichtung verlaufende Stelzen 17
eines innenliegenden zylindrischen Teiles 18 des Stößelunterteiles 4 eintauchen.
Bei Ventilzuschaltung, die lediglich bei ausgetauchten Stelzen 17 aus den Durchbrechungen
15 möglich ist, wird über den Verstellhebel 8 das Stößeloberteil 3 gedreht und die
Stufe 14 auf den Stirnflächen 19 der Stelzen 17 zum Aufliegen gebracht.
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Stößeloberteil 3 und Stößelunterteil 4 sind eingekuppelt und eine
starre Verbindung ist zwischen dem Nocken 20 einer Nockenwelle und dem Ventilschaftende
21 hergestellt.
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Der als Gehäuse fiir die Ventilspiel-Ausgleichsvorrichtung 1 dienende
zylindrische Teil 18 ist mit einem Bund 22 versehen, der mit dem Bund 23eines den
Teil 18 umgebenden zylindrischen Teiles 24 verschweißt ist.
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Dieser Teil 24 hat ebenfalls stufenförmige Gestalt und liegt an einem
an der Innenwandung des Stößelgehäuses 7 längsverschiebbar geführten äußeren zylindrischen
Teil 25 des Stößelunterteiles 4 an.
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Teil 24 und Teil 25 sind mit Führungsnuten 26a, 26b ausgestattet,
in die Zähne 27 eines Drehsicherungsringes 28 hineinragen.
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Der zylindrische Teil 25 ist mit einem Ölkolben 29 der Ventilspiel-Ausgleichsvorrichtung
1 fest verbunden, dem aus der Schmierölversorgung entnommenes Drucköl über einen
Kanal 30, über Nuten 31 oder einen Ringraum und über im Stößelunterteil 4 befindliche
Kanäle 32, 32a und 33 zugeführt wird.
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Um zu vermeiden, daß durch den Spielausgleich zuviel Öl in einen Raum
34 gepumpt wird und sich damit das Stößelunterteil gegenüber dem ntöi3eloberteil
zu weit abhebt und sich das Ventil zur Unzeit abhebt, ist u.a. eine den maximalen
Federweg einer Stößelfeder 35 begrenzende Anschlagsehraube 3G vorgesehen, die an
einen innenliegenden Hund 37 des zylindrischen Teiles 13 anschlägt.
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Zur Entlastung des Nockens in der Grundkreisphase wird ilber die Bohrung
25a der Oldruck im Raum 32a kurzzeitig vor dem Erreichen der Grundkreisphase unterbrochen,
dadurch, daß eine Verbindung dieses Raumes dbor-die Bohrungen 25a, 25b mit dem äußeren
Athmosphärendruck hergestellt wird.
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Zur Verringerung der Reibungs- und Massenkraft beim Zu-oder Abschalten
des Ventiles 16 ist die sich auf dem Bund 22 abstützende Stößelfeder 35 mit ihrem
entgegengesetzten Ende auf einem an dem Stößeloberteil 3 anliegenden Gleitring 38
gelagert.
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Der Verstellhebel 8 ist über ein nicht näher dargestelltes parallelogrammartiges
Verbindungsgestänge 3 mit einem sElektromagneten 40 verbunden, der nur für dio Abschaltung
des Ventiles eingesetzt ist. Die Zuschaltung wird über eine an dem Verbindungsgestänge
befestigte Rücklauffeder ausgeführt.
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In Fig. 2 ist eine Ausführung eines Tassenstößels 41 mit Ventilabschaltung
und hydraulischem Ventilspielausgleich gezeigt, bei der der Tassenstößel 41 aus
einem zweiteiligen Stößeloberteil 42 und einem einteiligen Stößelunterteil 43 besteht.
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Das Stößeloberteil 42 setzt sich aus der Tasse 44 und dem zylindrische
Druckkörper 45 zusammen.
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Die Tasse 44 ist in dem Stößelgehäuse 7 längsverschiebbar geffihrt
und mit einem in dem Stößelgehäuse drehbar gelagerten Verstellhebel 46 drehfest
verbunden, derart, daß von dem Verstellhebel 46 abragende Zähne 47 in Längsschlitze
8 der Tasse 44 eingreifen. Ferner greifen von einer Schulter 49 des Druckkörpers
45 abragende Zähne 50 in die Schlitze 4s ein.
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Der Druckkörper 45 ist an seinem den Stößelunterteil 43 zugewandten
nde mit einer Innenverzahnung 51 versehen.
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Das Stößelunterteil 43 ist zylindrisch ausgebildet und dient als Gehäuse
für die Ventilspiel-Ausgleichsvorrichtung 92.
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Der Mantel des Stößelunterteiles 43 ist mit in Achsrichtung sich erstreckenden
leistenartigen Vorsprüngen 53 versehen, in die die Innenverzahnung 54 eines im Stößelgehäuse
7 drehfest angeordnete Drehsicherungsringes 55 eingreift.
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Außerdem greift die Innenverzahnung )1 des Druckkörpers 45 in die
Vorspringe 53 ein, allerdings nur bei abgeschaltetem Ventil 16. ei zueschaltetem
Ventil - das Stößeloberteil 42 ist gedreht - liegt der Druckkörper 45 auf dem Stößelunterteil
43 auf, und zwar stützen sich die Zähne der innenverzahnung 51 auf den Stirnflächen
der Vorsprünge 53 ab. Nocken 20 und Ventilschaftende 21 sind über den nunmehr starren
Tassenstößel miteinander verbunden.
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Gegenüber dem Ausführungsbeispiel gemäß Fig. 1 erfolgt hier die Olzufuhr
von oben, d.h., daß aus der Schmierölversorgung entnommenes Drucköl über einen Kaiial
56, über eine Ndt 57, Bohrung 57a, über einen aus dem Druckkörper 45 und diesen
mit Abstand umgebenden Blechmantel 58 gebildeten Ringraum 59 und schließlich iiber
die Kanäle 60 und 61 in einen Ölraum 62 der Ventilspiel-Ausgleichsvorrichtung 52
gelangt.
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Der Ölraum 62 ist durch eine hutförmige Verschlußkappe 63 verschlossen,
deren Krempe 64 auf einer Stufe 5 des Stößelunterteiles 43 aufliegt und Federlager
einer Druckfeder 66 ist, die sich mit ihrem anderen Ende an einem als Federgegenlager
dienenden, am Tassenboden der Tasse 44 anliegenden Federteller 66a abstützt.
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In dem Tassenstößel 41 ist noch eine weitere Druckfeder 67 gelagert,
die sich einerseits an dem Drehsicherungsring 55 und andererseits an einem den Blechmantel
58 umgebenden und an der Unterseite des Druckkörpers 45 anliegenden Federlager 68
abstützt. Das Federlager greift auch mit Zähnen 69 in die Verzahnung des Stößelunterteiles
43 drehsichernd ein.
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Die Betätigung des Verstellhebels und somit des Stößeloberteiles erfolgt
- wie bereits im Ausführungsbeispiel gemäß Fig. 1 beschrieben - über einen Elektromagneten
und ein Verbindungsgestänge.