DE3743211C1 - Ventilbetaetigungseinrichtung - Google Patents

Description

Die Erfindung betrifft eine Ventilbetätigungseinrichtung nach dem Oberbegriff des Anspruchs 1, wie sie beispielsweise aus der DE-OS 34 38 556 als bekannt hervorgeht.

In der DE-OS 34 38 556 ist eine Ventilbetätigungseinrichtung aufgezeigt, die das Stillsetzen eines von zwei gemeinsam von einem Ventiltrieb angetriebenen Einlaßventilen einer Brennkraftmaschine erlaubt. Der Ventiltrieb besteht aus einem Primär- und Sekundärkipphebel, die in einem Drehgelenk aneinander gekoppelt sind, wobei der Primärkipphebel mit der Stoßstange in Verbindung steht, die von der Kurbelwelle der Brennkraftmaschine angetrieben wird. Damit zur gemeinsamen Betätigung beider Ventile die Bewegung des Primärkipphebels auf den Sekundärkipphebel übertragen wird, muß der Sekundärkipphebel in einem zusätzlichen Gelenk drehbar abgestützt werden. Dies erfolgt mittels einer als Druckzylinder ausgebildeten Stellvorrichtung, die starrsetzbar ist, und am Lagerbock angelenkt ist. Bei von der Druckölversorgung abgekoppeltem Druckzylinder erfolgt keine Abstützung des Sekundärkipphebels, weshalb dann das zugeordnete Ventil geschlossen bleibt, bzw. abgeschaltet ist. An der Anordnung des Druckzylinders ist nachteilig, daß der Sekundärkipphebel auch bei abgeschaltetem Ventil aufgrund der gelenkigen Verbindung ständig angetrieben wird. Am Primärkipphebel wirken deshalb Massenkräfte des Sekundärkipphebels und des damit verbundenen Druckzylinders, sowie die Kraft einer im Druckzylinder angeordneten Rückstellfeder, und Kräfte, die von der Reibung des Kolbens im Druckzylinder herrühren. Um das Abheben des Primärkipphebels von der Stoßstange zu verhindern, müssen die Ventilfedern deshalb entsprechend steif ausgelegt werden. Nachteilig ist ferner die aufwendige Lagerung des Sekundärkipphebels in mehreren, zum Teil durch die Bewegung der Ventile mitgenommenen Drehlagern.

In der US-PS 46 56 977 ist ebenfalls eine Ventilbetätigungseinrichtung zur wahlweisen Inbetriebnahme von einem oder zwei Ventilen einer Brennkraftmaschine dargestellt. Die Ventilbetätigungseinrichtung beinhaltet ein mehrgliedriges, kolbenförmiges, verschiebbares Stellglied, durch das je nach Verschiebelage die Kipphebel der Ventile bewegungsmäßig miteinander gekoppelt oder entkoppelt sind. Die Stellbewegung des Stellgliedes erfolgt in einer Bohrung, die sich in Richtung der Kipphebelwelle über aneinander angrenzende Flächen der Kipphebel hinweg erstreckt. Dabei erstrecken sich die aneinander angrendenden Flächen parallel zur Bewegungsebene der Kipphebel. Eine Verschiebung des Stellglieds kann deshalb nur bei gleicher Lage der Kipphebel erfolgen. Um die Stellbewegung des Stellglieds in günstiger zeitlicher Abfolge zur Kipphebelbewegung zu steuern, sind auf der Nockenwelle zusätzliche Nocken vorgesehen, die einen Schaltstift bewegen, der seinerseits wiederum die Stellbewegungen des Stellglieds steuert. Der zeitliche Ablauf ist dabei so gesteuert, daß Kopplung oder Entkopplung bei geschlossenen Ventilen beginnt und vor dem Öffnungsvorgang der Ventile abgeschlossen ist. Nachteilig an der Anordnung des Stellglieds mit Stellbewegung parallel zur Richtung der Erstreckung der Kipphebelwelle ist die Notwendigkeit einer aufwendigen Mechanik mit einem Nocken und einem Schaltstift zur Steuerung des mehrgliedrigen Stellglieds.

Der Erfindung liegt die Aufgabe zugrunde, eine Ventilbetätigungseinrichtung zur Betätigung eines von zwei Ventilen allein oder beider Ventile gemeinsam zu schaffen, die einen raumsparenden, einfachen Aufbau besitzt, wobei die Kipphebel geringstmöglichen Beanspruchungen ausgesetzt sind, und zur Kopplung und Entkopplung der Ventile nur eine einfache Steuereinrichtung benötigt wird.

Diese Aufgabe wird bei einer gattungsgemäßen Einrichtung durch die kennzeichnenden Merkmale des Anspruchs 1 gelöst.

Ein einfacher Aufbau der Ventilbetätigungseinrichtung mit einfacher Lagerung der Kipphebel in zwei bewegungsunabhängig voneinander am Zylinderkopf abgestützten raumfesten Drehlagern wird durch die Ausbildung der Kipphebel mit vollständig in einem Kipphebel integrierter Stellvorrichtung erreicht. Weil sich damit bei abgeschaltetem Ventil auch ein vollständiges Stillegen des Sekundärkipphebels erzielen läßt, und damit keine Massenkräfte aus Bewegungen des Sekundärkipphebels oder anderer Bauteile im Primärkipphebel aufzunehmen sind, ist der Primärkipphebel auch nicht stärker beansprucht als bei gemeinsamem Betrieb beider Ventile. Die Ventilfedern müssen auch nicht steifer ausgelegt werden, als bei einer Ventilbetätigungseinrichtung ohne Abschaltmöglichkeit eines Ventils. Die aus einer Stellvorrichtung mit einem als Kolben ausgebildeten Stellglied bestehende Steuereinrichtung kann deshalb besonders einfach ausgebildet werden, weil die Stellgliedsbewegung in Bewegungsrichtung der Flächen erfolgt, an denen die Stellvorrichtung angreift. Insbesondere läßt sich auch die Kipphebelbewegung für Verschiebebewegungen des Stellglieds nutzen. Wenn nach einer zweckmäßigen Ausgestaltung die Kipphebel übereinander liegend angeordnet werden, und die Drehlager in einem gemeinsamen Lagerbock liegen, ergibt sich eine besonders raumsparende Betätigungseinrichtung. In dieser Anordnung werden auch große Hebelarme, die die Entstehung großer Biegekräfte begünstigen, vermieden. Die bezüglich der Kompaktheit günstigen Verhältnisse werden erreicht, wenn Drehlager und Berührungsort zwischen den Kipphebeln untereinanderliegend angeordnet sind. Insbesondere werden dann auch die Relativbewegungen zwischen den Kipphebeln an ihrer Berührungsstelle minimiert.

Ein Ausführungsbeispiel der Erfindung ist in den Zeichnungen dargestellt und wird im folgenden näher beschrieben; es zeigt

Fig. 1 eine Ventilbetätigungseinrichtung für zwei hintereinander liegende Ventile,

Fig. 2 die in Fig. 1 strichpunktiert eingekreiste Einzelheit II, die eine hydraulische Stellvorrichtung darstellt, in einer Schaltposition, in der beide Ventile gemeinsam betätigt werden,

Fig. 3 die Fig. 2 entsprechende Stellvorrichtung, in einer Schaltposition, in der der Sekundärkipphebel nicht betätigt wird.

Bei der in Fig. 1 dargestellten Ventilbetätigungseinrichtung erfolgt die Betätigung zweier Ventile 9 und 10 über einen Primär- (1) und einen Sekundärkipphebel 2. Der Primärkipphebel 1 steht in Verbindung mit einer Stoßstange 3, die durch die Nockenwelle 4 einer Brennkraftmaschine angetrieben wird. Primärkipphebel 1 und Sekundärkipphebel 2 sind in separaten, raumfesten Drehlagern 5 und 6 an einem gemeinsamen Lagerbock 7 abgestützt, der auf dem Zylinderkopf 8 seitlich der Ventile 9, 10 befestigt ist. An Hebelarmen der im wesentlichen übereinander angeordneten Primär- (1) und Sekundärkipphebel 2 sind einander gegenüberliegende Flächen 13, 14 ausgebildet, an denen eine als hydraulischer Druckzylinder ausgebildete Stellvorrichtung 15 angreift. Im Ausführungsbeispiel ist der Druckzylinder baulich vollständig im Sekundärkipphebel 2 integriert. Es ist jedoch auch denkbar, daß der Druckzylinder mit dem Primärkipphebel 1 fest verbunden ist.

Die in Fig. 1 strichpunktiert eingekreiste Einzelheit II ist in Fig. 2 vergrößert dargestellt und zeigt die hydraulische Stellvorrichtung 15 im Schnitt, in einer Schaltposition, in der beide Ventile 9, 10 gemeinsam betätigt werden. Fig. 3 zeigt eine entsprechende Ansicht der Stellvorrichtung 15 in einer Schaltposition, in der nur das dem Primärkipphebel 1 zugeordnete Ventil 9 betätigt wird, während das Ventil 10 geschlossen bleibt.

Die Ventile 9, 10 werden bei gemeinsamer Betätigung von Primär- 1 und Sekundärkipphebel 2 gemeinsam geöffnet und mit Hilfe der rückstellenden Ventilfedern 11 und 12 geschlossen. Eine gemeinsame Betätigung der Kipphebel erfolgt, wenn die Flächen 13 und 14, an denen die Bewegungsübertragung zwischen den Kipphebeln erfolgt, auf definiertem Abstand gehalten werden. Dies erfolgt, wenn, wie in Fig. 2 dargestellt, der Druckraum 17 der Stellvorrichtung 15 über die Druckölzulaufleitung 19 und das Ventil 27 mit einem Druckerzeuger in Verbindung steht. Die Entlüftungsleitung 20 ist dann durch den Kolben 31 des Ventils 30 geschlossen. Der Kolben 31 ist unter dem Druck des Drucköls gegen die Kraft der Feder 32 über den Auslaß der Entlüftungsleitung 20 verschoben. Die Kolbenstange des Kolbens 16 der Stellvorrichtung 15 steht in Anlage mit der Fläche 14. Bei Betätigung des Primärkipphebels 1 erfolgt deshalb eine Mitnahme des Sekundärkipphebels 2.

Das Abschalten des Ventils 10 erfolgt durch Stillsetzen des Sekundärkipphebels 2. Hierzu wird, wie in Fig. 3 dargestellt, die Druckölzulaufleitung 19 über Ventil 27 vom Druckerzeuger getrennt. Bei Betätigung des Primärkipphebels 1 wird nunmehr der Kolben 16 in den Zylinder hineingeschoben, wobei das Drucköl über die Entlüftungsleitung 20 und Bohrung 22 verdrängt wird. Der Kolben 31 des Ventils 30 ist bei druckentlasteter Druckölzulaufleitung 19 durch die Feder 32 nach links bis zum Anschlag verschoben, so daß das Drucköl aus dem Raum 17 direkt in den Kurbelraum entweichen kann. Da die Kipphebel bei eingefahrenem Kolben 16 nicht mehr miteinander in Berührung stehen, kann die Bewegung des Primärkipphebels 1 auch nicht auf den Sekundärkipphebel 2 übertragen werden, weshalb der Sekundärkipphebel 2 stillsteht und Ventil 10 geschlossen bleibt.

Zum Zuschalten des Ventils 10 wird entsprechend Ventil 27 wieder umgeschaltet. Über die Druckölzulaufleitung 19 füllt sich die Druckkammer 17 des Zylinders mit Drucköl, während die Entlüftungsleitung 20 geschlossen ist. Da die Füllung des Zylinders mit Drucköl nur im kurzem Zeitraum zwischen zwei Ventilbetätigungen vorgenommen werden kann, die Gefahr mechanischer Beschädigungen von Zylinder oder Ventil aber ausgeschlossen werden muß, ist die Entlastungsbohrung 21 vorgesehen. Befindet sich die Kolbenstange der Stellvorrichtung in noch nicht vollständig ausgefahrener Position, wenn der Primärkipphebel 1 von der Stoßstange betätigt wird, so besteht über die Entlastungsbohrung 21 und die Ausnehmungen 23 sowie die Bohrung 22 und Rückschlagventil 24 eine Verbindung, über die das Drucköl aus der Zylinderkammer austritt, so daß der Kolben 16 ohne Krafteinwirkung auf den Sekundärkipphebel 2 zurückgeschoben wird. Zwischen den beiden nächsten Ventilbetätigungen kann sich die Druckkammer 17 dann vollständig füllen. Bei vollständiger Füllung besteht aber keine Verbindung zwischen Bohrung 22 und Ausnehmungen 23, was einer Starrsetzung der Stellvorrichtung 15 entspricht.

Nicht dargestellt ist der weitere Verlauf der Druckölzulaufleitung 19 im Sekundärkipphebel 2. Vorteilhafterweise wird das Drucköl jedoch über einen Kanal im Sekundärkipphebel 2 und Bohrungen im Drehlager 5 geführt, von wo aus eine Leitung zum Druckerzeuger führt. Aufgrund des Aufbaus von Ventil 30 ergibt sich der Vorteil, daß nur ein einziger Kanal im Primärkipphebel 1 vorgesehen werden muß. Als Druckmittel steht das in der Brennkraftmaschine zur Schmierung verwendete Drucköl zu Verfügung.

An der dargestellten Ventilbetätigungseinrichtung ist besonders vorteilhaft, daß bei Abschaltung eines Ventils der Sekundärkipphebel stillsteht, und damit auch keine Massenkräfte vom Sekundärkipphebel 2 auf den Primärkipphebel 1 übertragen werden, und somit auch die Beanspruchungen entsprechend niedrig sind. Denn es ist nicht notwendig, die Ventilfedern 11, 12 wegen der Abschaltmöglichkeit steifer auszulegen als bei einer Betätigungseinrichtung ohne Abschaltmöglichkeit. Da sich die Massenkräfte bei Abschaltung nicht erhöhen, besteht auch ohne zusätzliche Maßnahme keine Gefahr, daß die Stoßstange auf dem Nocken springt. Um die Massenkräfte am Primärkipphebel klein zu halten, ist es, wie beschrieben, besonders günstig, die Stellvorrichtung 15 baulich im Sekundärkipphebel 2 zu integrieren.

Die einfache Lagerung der Kipphebel der Ventilbetätigungseinrichtung in zwei von der Ventilbewegung unabhängigen, raumfesten Lagern wird durch die Integration der Stellvorrichtung 15 im Primärkipphebel 1 ermöglicht. Hieraus ergibt sich die Möglichkeit der raumsparenden Anordnung der Drehlager auf einer Seite des Zylinders bei kompakter Ausführung der Kipphebel. Dabei ist auch besonders günstig, daß die Drehlager eine gemeinsame Druckölversorgung erhalten können. Bei geringer Bauteilvielfalt sind die Kipphebel ferner einfach und schnell demontierbar und somit Ventile und Zylinderkopf bei Reparaturen gut zugänglich.

Die einfache, von den Ventilen bewegungsunabhängige, zylinderkopffeste Lagerung beider Kipphebel erlaubt auch bei Ventilbetätigungseinrichtungen mit Abschaltmöglichkeit eines Ventils die Verstellung der Drehachse des Sekundärkipphebels 2. Es kann hierzu eine Exzenterbüchse vorgesehen sein, in der das Lager angeordnet ist. Während des Betriebs der Brennkraftmaschine kann so eine Hubveränderung eines Ventils vorgenommen werden. Dadurch kann eine Dralloptimierung der in den Zylinder einströmenden Luft erfolgen.

Die Ausbildung der Kipphebel und ihrer Lagerung erlaubt es auch, im Bedarfsfall, beispielsweise für Versuchszwecke, Ventil 9 und Ventil 10 zeitlich versetzt zu steuern. Dies kann beispielsweise erreicht werden durch Belassung eines definierten Spalts zwischen den Anschlagsflächen der Kipphebel. Dabei ist eine entsprechende Dämpfung vorzusehen.

Die Ausführung der Ventilbetätigungseinrichtung erlaubt es weiter, bei entsprechender Änderung der Kipphebel anstelle von Ventil 10 Ventil 9 abzuschalten. Es ist dann der entsprechende Kipphebel mit dem Ventil 10 und der Stoßstange 3 zu verbinden, und durch geeignete Formgebung zu ermöglichen, daß eine entsprechende Bewegungsübertragung erfolgen kann.

Aus Gründen der Raumersparnis und zur Minimierung der Relativbewegungen zwischen den Berührungsflächen der Kipphebel ist es vorteilhaft, die Drehachsen der Lager der Kipphebel und die Berührungsflächen übereinander anzuordnen.

Claims (5)

1. Ventilbetätigungseinrichtung zum gemeinsamen Betätigen zweier hintereinander liegender Ventile eines Zylinders einer Brennkraftmaschine über eine von einer Nockenwelle angetriebene Stoßstange, mit einem mit der Stoßstange in Verbindung stehenden Primärkipphebel und einem Sekundärkipphebel, wobei Primär- und Sekundärkipphebel drehbar gelagert sind, und das Drehlager für den Primärkipphebel eine von der Ventilbewegung unabhängige feste Raumlage besitzt, und wobei zum gemeinsamen Betrieb der Ventile Primär- und Sekundärkipphebel mittels einer Stellvorrichtung mit feststellbarem Stellglied bewegungsmäßig miteinander koppelbar sind, und zur Abschaltung eines Ventils diese Kopplung durch Aufhebung der Feststellung des Stellglieds aufhebbar ist, und das abgeschaltete Ventil durch eine Ventilfeder in der geschlossenen Position gehalten wird, dadurch gekennzeichnet, daß das Drehlager (5) für den Sekundärkipphebel (2), ebenso wie das Drehlager (6) für den Primärkipphebel (1), eine von der Ventilbewegung unabhängige feste Raumlage besitzen, und daß die Stellvorrichtung (15) mit ihrem Stellglied an einander mit einem Freiraum für Lageverschiebungen gegenüberliegenden Flächen (13, 14) an Hebelarmen von Primär- (1) und Sekundärkipphebel (2) angreift, wobei Lageverschiebungen der Flächen (13, 14) Verkleinerungen und Vergrößerungen des Freiraums zwischen den Flächen (13, 14) bewirken, und daß die Stellgliedsbewegung in Bewegungsrichtung der der Stellvorrichtung (15) zugeordneten Flächen (13, 14) erfolgt, und daß zum gemeinsamen Betrieb der Ventile (9, 10) bei festgestellter Stellvorrichtung (15) das Stellglied den Freiraum zwischen den Flächen (13, 14) überbrückt und die Hebelarme auf konstantem Abstand zueinander hält, und durch Aufhebung der Feststellung des Stellglieds auch eine Stillsetzung des mit dem abgeschalteten Ventil (10) verbundenen Sekundärkipphebels (2) erfolgt, wobei der Freiraum zwischen den Hebelarmen eine ungehinderte Bewegung des Primärkipphebels (1) zuläßt.

2. Einrichtung nach Anspruch 1, dadurch gekennzeichnet, daß Primär- (1) und Sekundärkipphebel (2) im wesentlichen übereinanderliegend angeordnet sind, und ihre Lagerung in jeweils einem Drehlager (5, 6) an einem seitlich des Zylinders (26) angeordneten gemeinsamen Lagerbock (7) erfolgt, der in einer Reihe mit den Ventilen (9, 10) liegt.

3. Einrichtung nach Anspruch 1 oder 2, dadurch gekennzeichnet, daß die an der Bewegungsübertragung beteiligten Flächen (13, 14) unterhalb der Drehlager (5, 6) liegen.

4. Einrichtung nach Anspruch 1, 2 oder 3, dadurch gekennzeichnet, daß die Stellvorrichtung (15) im Sekundärkipphebel (2) baulich integriert ist.

5. Einrichtung nach einem der Ansprüche 1 bis 4, dadurch gekennzeichnet, daß die Stellvorrichtung (15) als hydraulischer Druckzylinder ausgebildet ist, und als Druckmittel Drucköl der Brennkraftmaschine Anwendung findet.