DE3042018A1

DE3042018A1 - Mehrzylindrige hubkolben-brennkraftmaschine

Info

Publication number: DE3042018A1
Application number: DE19803042018
Authority: DE
Inventors: Friedrich Dipl.-Ing. Dr. 8938 Buchloe Indra
Original assignee: Audi NSU Auto Union AG; Audi AG
Current assignee: Audi AG
Priority date: 1980-11-07
Filing date: 1980-11-07
Publication date: 1982-05-19
Also published as: DE3042018C2

Description

ιό-Union ckä

Aktiengesellschaft

Ingolstadt, den 29. Oktober 1980 IP 1706 Za/L

Mehrzylindrige Hubkolben-Brennkraftmaschine

Die Erfindung betrifft eine Vorrichtung für eine mehrzylindrige Hubkolben-Brennkraftmaschine gemäß dem Oberbegriff des Patentanspruches 1.

Insbesondere bei mehrzylindrigen Brennkraftmaschinen in Kraftfahrzeugen ist es bekannt, zur Erhöhung des Wirkungsgrades im niedrigen Lastbereich und im Leerlauf wenigstens einen Zylinder, zumeist eine Hälfte der gesamten Zylinder, abzuschalten. Dies geschieht beispielsweise durch Unterbrechen der Kraftstoffzufuhr zu diesen Zylindern. Um Pumpverluste durch die abgeschalteten Zylinder wuitgehendst zu vermeiden, legt man auch die Gaswechsel ventile der abgeschalteten Zylinder still. '

Dazu sind bereits Vorrichtungen vorgeschlagen worden, die in die oszillierenden Betätigungselemente der Gaswechsel ventile eingreifen und die übertragung zwischen den Nocken der Nockenwelle und den Gaswechsel ventil en durch Einschalten eines Leerweges eliminieren (z. B. DE-OS 28 14 087). Eine derartige Vorrichtung bewirkt jedoch eine nachteilige Zunahme der Bauhöhe der Brennkraftmaschine und ist beispielsweise bei Brennkraftmaschinen mit Tassenstößeln als Betätigungselemente nicht anwendbar, da diese für die Vorrichtung nicht zugänglich sind.

-5-

Aufgabe der Erfindung ist es, eine relativ einfach herstellbare Vorrichtung zu schaffen, die sich besonders für Brennkraftmaschinen mit Tassenstößeln als Betätigungselemente der Gaswechselventile eignet und die keine Zunahme der Bauhöhe bewirkt.

Diese Aufgabe wird erfindungsgemäß mit den kennzeichnenden Merkmalen des Patentanspruches 1 gelöst. Durch das Abkuppeln eines zu einer Baueinheit vereinten Nockenpaares eines Zylinders bzw. mehrerer solcher Baueinheiten kann eine Stillegung der Gaswechsel ventile überraschend einfach und bei geringstem zusätzlichen Bauraum verwirklicht werden. Der Kupplungsaufwand kann gering gehalten werden, weil in dem Drehbereich der abgekuppelten Baueinheit, in dem beide Gaswechsel ventile geschlossen sind, nur ein geringes Antriebsmoment zu übertragen ist.

Die Nockenwelle kann aus mehreren Abschnitten bestehen, von denen die einen Abschnitte ständig angetrieben werden und die anderen Abschnitte mit den ständig angetriebenen Abschnitten kuppelbar sind. Bevorzugt wird jedoch eine Lösung gemäß den Merkmalen des Patentanspruches ?., die sich besonders kostengünstig verwirklichen läßt und sehr funktionssicher ist.

Die abkuppelbare Baueinheit kann vorteilhaft entsprechend den Merkmalen des Patentanspruches 3 ausgebildet sein, so daß der Kuppelvorgang in raumsparender und einfacher Weise durch ein geringes axiales Verschiebender Baueinheit auf der Nockenwelle vorgenommen werden kann. Dieses Verschieben kann gemäß den Merkmalen des Patentanspruches 4 hydraulisch bewirkt werden. Als Hydraulikfluid eignet sich besonders das unter Druck stehende Schmieröl aus dem Schmierölkreislauf der Brennkraftmaschine.

BAD ORIGfNAL

-6-

•OÜ 304201

Durch die Merkmale des Patentanspruches 5 wird ohne zusätzliche Steuerungsteile sichergestellt, daß ein Entkuppeln der Baueinheit von der Nockenwelle nur dann erfolgt, wenn beide Gaswechsel ventile geschlossen sind.

Zweckmäßige Ausführungsvarianten der Erfindung sind den Merkmalen der Patentansprüche 6 und 7 entnehmbar.

Baulich besonders vorteilhaft ist die Erfindung an Brennkraftmaschinen mit vier oder fünf in Reihe liegenden. Zylindern mit den Merkmalen des Patentanspruches 8 anwendbar. Es sind dann jeweils die Nocken der mittleren Zylinder fest mit der Nockenwelle verbunden, während die äußeren beiden Nockenpaare abkuppelbar sind. Bei einer Vierzylinder-Brennkraftmaschine mit einer herkömmlichen Zündfolge (z.B.1-3-4-2 oder 1-2-4-3) wird zudem auch bei abgeschalteten Zylindern ein gleichmäßiger Zündabstand verwirklicht.

Die Erfindung ist im folgenden anhand mehrerer Ausführungsbeispiele mit weiteren Einzelheiten näher erläutert. Die schematische Zeichnung zeigt in

Fig. 1 eine erfindungsgemäße Vorrichtung im Querschnitt mit einer teilweise dargestellten Nockenwelle und Gaswechsel ventil en,

Fig. 2 einen Schnitt gemäß Linie H-II der Fig. 1, Fig. 3 eine Ansicht X gemäß Fig. 1,

-7-

Fig. 4 eine erfindungsgemäße Vorrichtung nach einem anderen Ausführungsbeispiel mit einer Schaltmuffe und einer elektromagnetisch betätigbaren Schaltgabel und

Fig. 5 ein weiteres Ausführungsbeispiel der erfindungsgemäßen Vorrichtung mit einem durch einen Ziehkeil verstellbaren Mitnehmer.

In der Fig. 1 ist mit 2 ein teilweise dargestellter Zylinderkopf einer Vierzylinder-Hubkolben-Brennkraftmaschine bezeichnet, in dem eine obenliegende Nockenwelle 4 drehbar gelagert ist. Die Nockenwelle 4 wird in nicht dargestellter Weise von der Kurbelwelle der Brennkraftmaschine angetrieben und betätigt in bekannter Weise über Tassenstößel 6 hängend angeordnete Gaswechselventile 8, 10. Es versteht sich, daß je Zylinder zwei Nocken, zwei Tassenstößel und zwei Gaswechsel ventile vorgesehen sind. Der nicht dargestellte Bereich der Nockenwelle 4 bzw. des Zylinderkopfes 2 ist sich im wesentlichen spiegelbildlich gleich dem dargestellten Bereich vorzustellen und steuert die Gaswechselventil der Zylinder I und II.

Die Gaswechsel ventile des Zylinders III werden von angeformten Nocken 12, 14 der Nockenwelle 4 gesteuert. An einem mittleren Lagerstuhl 16 wird die Nockenwelle 4 durch Bunde 18,20 axial unverschiebbar gehalten. Im Bereich

des Zylinders IV ist die Nockenwelle 4 zwischen Lagerstühlen 20, 24 rotationssymmetrisch ausgebildet, wobei ein Lagerzapfen 26 über den Lagerstuhl 22 hinaus verlängert ist und anschließend ein im Durchmesser kleinerer Wellenstuminel 28 angesetzt ist. Auf den Well enstumme! 28 ist eine Lagerhülse 30 aufgepreßt, welche ir- Lagerstuhl 24 drehbar aufgenommen ist. In den Lagerstühlen 16, 22, 24 sind !'anale 32, 34,36 für die Zufuhr von Schmieröl eingearbeitet.

-8-

Auf den rotationssynimetrischen Bereich der Nockenwelle 4 ist eine einstückige Baueinheit 38 drehbar und zwischen zwei Endstellungen axial verschiebbar gelagert. Die Baueinheit 38 setzt sich aus einer Büchse 40 und zwei angeformten Nocken 42, 44 zusammen. In der linken Endstellung der Baueinheit 38 (siehe Fig. 3) ist eine stirnseitige Ausnehmung 46 der Baueinheit 38 formschlüssig mit einem stiftartigen Mitnehmer 48 in Eingriff. Der Mitnehmer 48 ist in den Lagerzapfen 26 der Nockenwelle 4 eingeschraubt und ragt radial entsprechend der Stärke der Büchse 40 nach außen ab. In der rechten Endstellung - welche ihxti.h Ί«.·π I -ifjcr-Λ.\Λ\I V\ definiert i->l - i;;l dar Mitnehmer 48 außerhalb der stirnseitigen Rotationsebene der Baueinheit 38 und diese damit auf der Nockenwelle 4 frei drehbar bzw. von dieser entkuppelt.

Die Büchse 40 ist in einem mittleren Bereich 50 auf dem Wellenstummel 28 gelagert. Beiderseits dieses Bereiches 50 sind zylinderförmige Ausnehmungen 52, 54 vorgesehen, in die einerseits der verlängerte Abschnitt des Lagerzapfens und andererseits die Lagerhülse 30 nach Art eines Kolbens hineinragen. Der Lagerzapfen 26 und die Lagerhülse 30 tragen einerseits zu einer stabiIien- Lagerung der Baueinheit 38 bei und begrenzen zugleich volumenveränderliche Kammern 56, 58.

Die Kammer 56 ist über einen durch entsprechende Bohrungen im Lagerzapfen 26 gebildeten Kanal 60 und eine Steuernut 62 (siehe Fig. 2) mit einem gehäuseseitigen Kanal 64 im Lagerstuhl 22 verbunden. Die Steuernut 62 erstreckt sich nur über einen Umfangsbereich von ca. 90° der Nockenwelle 4 und ist derart angeordnet, daß sie von der Mündung des Kanales 64 nur dann überdeckt ist, wenn beide Gaswechselventile 8, 10 des Zylinders IV geschlossen sind bzw. wenn beide Tassenstößel 6 im Bereich des Nockengrundkreises liegen.

BAD ORIGINAL

-9-

In der Kammer 58 ist eine Druckfeder 66 angeordnet, welche sich einerseits über ein Axialkugellager 68 an dem mittleren Bereich 50·der Baueinheit 38 und andererseits an einem Federring 70 abstützt. Der Federring 70 ist in einer entsprechenden Umfangsnut an dem Wellenstummel 28 gehalten. Die Druckfeder 66 spannt die Baueinheit 38 in die linke Endstellung (Fig. 1) vor.

Zudem ist die Kammer 58 über eine Axialnut 72 und eine Steuernut 74 der Lagerhülse 30 mit einem·Kanal 76 im Lagerstuhl 24 verbunden. Die Steuernut 74 ist gleich der Steuernut 62 am Lagerzapfen 26 ausgebildet und deshalb nicht genauer dargestellt.

Beide Kanäle 64 bzw. 74 sind an ein Steuerventil 78 angeschlossen, welches in der einen (dargestellten) Endstellung eines Schiebers 80 dem Kanal 7$ mit der Druckseite der Schmieröl pumpe 82 der Brennkraftmaschine verbindet, während der Kanal 44 mit einem Rücklauf zum Schmieröl sumpf 84 korrespondiert. In der anderen Endstellung des Schiebers 80 wird dem Kanal 64 unter Druck stehendes Schmieröl zugeführt, während der Kanal 76 mit dem Rücklauf verbunden ist.

Der Schieber 80 wird durch ein elektomagnetisches Stellglied 86 betätigt, welches wiederum von einem Schaltgerät 88 gesteuert wird. In dem Schaltgerät 88 werden unter anderem der öffnungswinkel ■££. einer die Brennkraftmaschine steuernden Drosselklappe und die Drehzahl η der Brennkraftmaschine derart verarbeitet, daß bei niedrigen Lastzuständen und ggf. im Leerlauf der Brennkraftmaschine ein das Entkuppeln der Baueinheit 38 bewirkendes Signal und bei höheren Lastzuständen ein das Wiederankuppeln bewirkendes 5-,Vn-I _an das elektromagnetische Stellglied 86 abgegeben wird.

-10-

-IjG-..-.

Zum Entkuppeln der Baueinheit 38 von der Nockenwelle 4 wird dem Kanal 64 unter Druck stehendes Schmieröl zugeführt. Sobald die Steuernut 62 in den Mündungsbereich des Kanales 64 einläuft, pflanzt sich dieser Druck über den Kanal 60 in die Kammer 56 fort und verschiebt unter Volumenvergrößerung dor Kammer· !jü die Baueinheit 38 auf der Zeichnung Fig. 1 in die rechte Endstellung. Dabei wird in der Kammer 58 befindliches Schmieröl über die Axialnut 72, die Steuernut 74 und den Kanal 76 in den Rücklauf verdrängt. Durch die axiale Verschiebung entfernt sich die Ausnehmung 46 von den-Mitnehmer 48 und die Baueinheit 38 bleibt bei geschlossenen Gaswechsel ventil en 8, 10 abrupt stehen. Dementsprechend ist der Zylinder IV abgeschaltet, während der Zylinder III bei unverändert rotierender Nockenwelle 4 weiterarbeitet. Das gleiche gilt fürdie nicht dargestellten Zylinder I und II, deren Ventilsteuerung spiegelbildlich gleich ausgebildet ist. Es versteht sich, daß auch die kuppel bare Baueinheit des Zylinders I an das Steuerventil 78 angeschlossen ist. . ·

In einem höheren Lastbereich der Brennkraftmaschine wird das Steuerventil 78 umgeschaltet, so daß nunmehr dem Kanal 76 unter Druck stehendes Schmieröl zugeführt wird. Sobald die Steuernut 74 in der mit der Nockenwelle 4 rotierenden Lagerbüchse 30 in den Mündungsbereich des Kanales 76 einläuft, pflanzt sich dieser Druck in die Kammer 58 fort und verschiebt die Baueinheit 38 in die linke Einstellung. Dabei kommt die Ausnehmung 46 wieder in Eingriff mit dem Mitnehmer 48 und die Gaswechselventile 8, 10 werden wieder betätigt.

Das Ab- bzw. Ankuppeln der Baueinheit 38 erfolgt geräuschlos und verschleiß-

nahezu
frei, weil während des Kupplungsvorganges kein Antriebsmoment zu übertragen ist. Es versteht sich, daß die Umschaltung des Steuerventil es 78 schlagartig erfolgen muß, um dem Kupplungsvorgang in kürzester Zeit durchzuführen.

BAD ORIGINAL

-11-

Ein weiteres Ausführungsbeispiel der Erfindung zeigt die Fig. 4. Dabei ist an die axial verschiebliche Baueinheit 38' eine Schaltniuffe 90 angeformt, in die eine Schaltgabel 92 eingreift. Die Schaltgabel 92 ist auf einem Stift 94 verschiebbar geführt, welcher Stift 94 an einem Gehäuseteil 96 des Zylinderkopfes 2 festgelegt ist. An dem freien Ende der Schaltgabel 92 greift ein elektromagnetisches Stellglied 98 an, welches beispielsweise von einem wie in der Fig. 1 gezeigten Schaltgerät 88 angesteuert wird. Dem Schaltgerät 88 wird noch ein Signal von der Zündanlage der Brennkraftmaschine zugeführt, um sicherzustellen, daß ein Kuppel Vorgang ebenfalls nur bei geschlossenen Gaswechselventilen erfolgt. Das Ab- und Ankuppeln der Baueinheit 38' zu der Nockenwelle 4 erfolgt im. übrigen wie im Vorstehenden beschrieben.

In dem in der Fig. 5 dargestellten Ausführungsbeispiel ist die Baueinheit 38" auf einem rotationssymmetrischen Well enstunimel 100 der Nockenwelle 4"drehbar gelagert. Die Nockenwelle 4"ist mit einer konzentrischen Längsbohrung 102 versehen, in der ein Ziehkeil 104 verschiebbar geführt ist. Senkrecht zur Längsbohrung 102 ist im Bereich der Baueinheit 38^f/eine weitere Bohrung 106 eingebracht, in die ein radial verschiebbarer Mitnehmer 108 eingesetzt ist.

Der Mitnehmer 108 kann in der linken F.ndstellung des Zichkoilcs 104 mit einar Ausnehmung 110 in Eingriff gebracht werden. Die Ausnehmung 110 ist an der inneren Lagerfläche der Baueinheit 38"angeordnet. In der rechten Endstellung sitzt der Mitnehmer 108 an einer Abflachung 112 des Ziehkeiles 104 auf und wird durch ein Magnetplättchen 114 entgegen der Zentrifugalkräfte

-12-

an dieser gehalten. In dieser Stellung ist die Baueinheit 33"von dem WellenstumiiK?! 100 b/w. von uor Nockenwelle 4 entkuppelt. Es versteht'sich, d<iß der /iclikcil UJ4 auch die spieyolfoi IdIich gleich angeordnete Baueinheit für den Zylinder I kuppeln kann, in dem dieser mit einer zweiten, nicht dargestellten, Abflachung versehen ist.

Der Ziehkeil 104 ist mit einem Kolben 116 verbunden, der in einem gehäusefesten Zylinder 118 verschiebbar geführt ist. Der Kolben 116 unterteilt den Zylinder 118 in zwei volumenveränderliche Kammern 120, 122, in die Leitungen 124, 126 münden. Die Leitungen 124, 126 können mit dem Steuerventil 78 gemäß Fig. 1 in gleicher Weise wie die Kanäle 64, 76 verbunden sein, so daß der. Kolben 116 bzw. der Zichke.il 104 wie in der Fig. 1 beschrieben von einer linken Endstellung in eine rechte Endstellung und umgekehrt verschoben werden kann. In der Kammer 122 ist eine Druckfeder 128 angeordnet, die den Kolben 116 in die linke Ends teilung vorspannt.

In dam Ausführungsbeispiel gemäß den Fig. 1 bis 3 und der Fig. 5 kann auch eine vereinfachte hydraulische Betätigung verwirklicht werden, in dem die linke Endstellung der Baueinheit 38 (Fig. 1) bzw. des Ziehkeiles 104 (Fig. 5) nur durch die Kraft der Druckfedern 66 bzw. 128 bewirkt werden. Dementsprechend wäre nur der Kanal 64 (Fig. 1) bzw. die Leitung 124 (Fig. 5) abwechselnd mit unter Druck stehendem Schmieröl oder mit einem Rücklauf zu verbinden. Das Steuerventil 78 könnte dann einfacher ausgebildet sein. Anstelle von Schmieröl ist selbstverständlich auch jedes andere zur Verfugung stehende Fluid anwendbar.

-13-

BAD ORiGlNAL

Claims

Aktiengesellschaft

ί~?\ <-■ \Α I 3 υ 4 ζ

Ingolstadt, den 29. Oktober 1980 IP 1706 Za/L

Mehrzyiindrige Hubkolben-Brennkraftmaschine Ansprüche

M.^Vorrichtung für eine mehrzylindrige Hubkolben-Brennkraftmaschine mit durch eine Nockenwelle gesteuerten Gaswechsel ventil en, mit der in einem' bestimmten Lastbereich wenigstens die Gaswechselventile eines Zylinders stillegbar sind, gekennzeichnet durch folgende Merkmale:

a) die Stillegung der Gaswechsel ventile (8₅ 10).erfolgt durch Abkuppeln der betreffenden Nocken (42, 44) von der Nockenwelle (4),

b) die abkuppelbaren Nocken (42, 44) sind je Zylinder zu einer Baueinheit (38) verbunden bzw. einstückig ausgebildet und

c) die Abkupplung erfolgt in einem Moment, in dem beide Gaswechsel ventile (8, 10) des abzuschaltenden Zylinders geschlossen sind.
2. Vorrichtung nach Anspruch 1, dadurch gekennzeichnet, daß die efbkuppelbare Baueinheit (38) auf einen rotationssymmetrischen Bereich der Nockenwelle (4) drehbar gelagert und daß ein Mitnehmer (48; 108) vorgesehen ist, über den die Baueinheit (38) formschlüssig und drehwinkelkonform mit der Nockenwelle kuppelbar ist.

-2-

ORJGINAL INSPECTED
3. Vorrichtung nach den Ansprüchen 1 und 2, dadurch gekennzeichne t , daß die Baueinheit (38, 38") auf der Nockenwelle (4,4') zwischen zwei Endstellungen verschiebbar ist und eine Ausnehmung (46) aufweist, die in der einen Endstellung eine formschlüssige Verbindung mit einem an der Nockenwelle (4, 4¹) angeordneten Mitnehmer (48) bildet, während die Baueinheit (38, 38') in der anderen Endstellung von der Nockenwelle (4, 4') entkuppelt ist.
4. Vorrichtung nach Anspruch 3, dadurch gekennzeichnet, daß die Baueinheit (38) zumindest in die eine Endstellung hydraulisch verschoben wird, in dem eine zwischen einem als Kolben wirkenden Lagerzapfen (26) der Nockenwelle und/oder einer Lagerhülse (30) auf der Nockenwelle (4) und einer zylinderförmigen Ausnehmung (52 und/oder 54) in der Baueinheit (38) eine volumenveränderliche Kammer (56 und/oder 58) gebildet ist, welche über eine Steuerventil (78) entweder mit einem unter Druck stehendem Fluid oder mit einem Rücklauf verbindbar ist.
5. Vorrichtung nach Anspruch 4, dadurch gekennzeichnet, daß die Zuführung des Fluids über eine in der Nockenwelle (4) angeordnete Steuernut (62 und/oder 74) erfolgt, die unifangsseitig von einem gehäuseseitigen Kanal (64 und/oder 76) nur in einen Umfangsbereich der Nockenwelle (4) überdeckt wird, in dem beide Gaswechsel ventile (8, 10) geschlossen sind.
6. Vorrichtung nach den Ansprüchen 1 bis 3, dadurch gekennzeichnet, daß die Baueinheit (38') eine Ringmuffe (90) trägt, in die eine entsprechende Schaltgabel (92) eingreift und daß die Schaltgabel (92) durch ein elektromagnetisches Stellglied (98) verstellbar ist.

-3-
7. Vorrichtung nach den Ansprüchen 1 und 2, dadu.rch ge k en η ze ichnet, daß ein Mitnehmer (108) in der Nockenwelle (4¹¹) radial verschieblich gelagert ist und durch Verstellen eines koaxial innerhalb der Nockenwelle (4¹¹) angeordneten Ziehkeiles (104) mit der Baueinheit (38") in Eingriff bringbar ist.
8. Vorrichtung nach den vorhergehenden Ansprüchen, an einer Brennkraftmaschine mit vier oder fünf in Reihe liegenden Zylindern, dadurch gekennzeichnet, daß jeweils der erste' und der letzte Zylinder bzw. die entsprechenden Nocken abschaltbar sind.