DE3920938A1 - Steuervorrichtung fuer ladungswechselventile einer brennkraftmaschine mit zumindest einem desaktivierbaren nocken auf einer nockenwelle - Google Patents

Description

Die Erfindung betrifft eine Steuervorrichtung gemäß dem Oberbegriff des Patentan­ spruchs 1.

Vorrichtungen dieses Aufbaus, wie sie aus der DE-OS 37 32 687 im Prinzip bekannt sind, können entweder zur Abschaltung einzelner Zylinder der Maschine durch Nicht­ betätigung der Ventile dieser Zylinder oder bei mit mehrere Einlaßventilen ausgerü­ steten Zylindern dazu dienen, bei niedrigen Maschinendrehzahlen und im Teillastgebiet einzelne Einlaßkanäle durch Nichtbetätige, das heißt Nichtöffnen, der zugeordneten Einlaßventile zu sperren. Währen im Vollastbereich und bei sehr hohen Drehzahlen die Gasgeschwindigkeiten in den Einlaßkanälen derartiger Brennkraftmaschinen optimal sind, sinken die Gasgeschwindigkeiten bei niedrigen Drehzahlen und Teillast, so daß sie nicht mehr ausreichen, die für Nachladeeffekte erforderliche kinetische Energie in der Strömung aufzubringen. Dem kann durch Abschalten einzelner Einlaßkanäle, das heißt durch Nichtbetätigung einzelner Ventile je Zylinder durch Desaktivierung des zu­ geordneten Nockens, entgegengewirkt werden. Da durch diese Maßnahme der Frischgas­ strömungsquerschnitt verringert wird, erhöht sich bei niedrigen Drehzahlen und bei Teillast die Gasgeschwindigkeit in dem verbleibenden Strömungsquerschnitt, so daß auch Nachladeeffekte auftreten.

Eine Grundbedingung für die Desaktivierung eines Nockens ist verständlicherweise in der richtigen Wahl des Zeitpunkts der Desaktivierung zu sehen, nämlich dann, wenn das betreffende Ventil seine Schließstellung zumindest annähernd erreicht hat. Durch den Vorgang der Desaktivierung des Nockens darf der Arbeitszyklus des zugehörigen Zylinders der Brennkraftmaschine nicht gestört werden. Aus diesem Grunde sieht die aus der eingangs genannten DE-OS 37 32 687 bekannte Steuerung eine Sperrvorrichtung mit einem von einem dauernd drehfest mit der Nockenwelle verbundenen Nocken der­ art betätigten Schwenkhebel vor, daß er die Schiebemuffe nur bei durch das zugeord­ nete Ventil unter der Wirkung seiner Schließfeder belastetem desaktivierbaren Nocken in ihrer ersten Axiallage (in der sie die drehfeste Verbindung eines Nockens mit der Nockenwelle herstellt) arretiert. Dabei wird die Tatsache ausgenutzt, daß die beiden genannten Nocken synchron rotieren. Nur dann, wenn der desaktivierbare Nocken durch das Ventil unbelastet ist, also dann, wenn das Ventil nicht auf dem eigentlichen Nocken, sondern auf dem Nockengrundkreis aufliegt, gibt der Schwenkhebel die Schiebemuffe frei, so daß dann eine zusätzliche Feder auf der Nockenwelle die dort einen Bestand­ teil der Klauenkupplung bildende Schiebemuffe in ihre zweite Axiallage drücken kann.

Diese beschriebene Berücksichtigung der jeweils vorliegenden Phase des Ventilarbeits­ zyklus ist vorteilhaft gegenüber anderen, beispielsweise aus der DE-PS 30 42 018 be­ kannten Anordnungen, die mit definierten Winkellagen von Ölkanälen, also gleichsam einer hydraulischen Sperre arbeiten, deren Abstimmung insbesondere wegen möglicher gegenseitiger Beeinflussungen des Schmiersystems der Brennkraftmaschine und des Steu­ ersystems für die Schiebemuffe kritisch ist. In dieser Patentschrift ist auch eine kon­ struktive Variante angegeben, bei der die Schiebemuffe mittels einer Gabel in Abhän­ gigkeit von der Erregung eines Elektromagneten betätigt wird. Der Aufwand an Teilen und an Bauraum für derartige Lösungen ist jedoch beträchtlich.

Der Erfindung liegt die Aufgabe zugrunde, eine Steuervorrichtung gemäß dem Oberbe­ griff des Hauptanspruchs so auszubilden, daß der Aufwand auch gegenüber der Lösung nach der eingangs genannten DE-OS 37 32 687 verringert ist.

Die erfindungsgemäße Lösung dieser Aufgabe besteht in den kennzeichnenden Merkma­ len des Hauptanspruchs, vorteilhafte Ausbildungen der Erfindung beschreiben die Unter­ ansprüche.

Die Erfindung nutzt in vorteilhafter Weise also das von der Schließfeder des jeweiligen Ventils auf den Nocken ausgeübte Drehmoment in einer bestimmten Phase des Ventilar­ beitsspiels, nämlich gegen Ende seiner Schießbewegung, dazu aus, eine Kraft zum Aus­ rücken der Klauenkupplung zu erzeugen und damit die Desaktivierung des betreffenden Nockens und damit des Ventils vorzubereiten. Zusätzliche Federn oder gar elektronische Steuereinrichtungen erübrigen sich daher. Ein weiterer Vorteil der Erfindung ist darin zu sehen, daß irgendwelche Schwierigkeiten hinsichtlich der Synchronisierung der Öff­ nungsbewegung der betreffenden Klauenkupplung mit dem Arbeitszyklus des zugehöri­ gen desaktivierbaren Ventils deshalb nicht auftreten können, weil vom Ventil selber ausgeübte, seine jeweilige Arbeitsphase anzeigende Kräfte bzw. Momente letztlich die Desaktivierung des zugehörigen Nockens und damit des Ventils bewirken.

Ein Ausführungsbeispiel der Erfindung wird im folgenden anhand der Zeichnung erläu­ tert, deren

Fig. 1 einen Längsschnitt durch die Nockenwelle einer Brennkraftmaschine und deren

Fig. 2 einen Längsschnitt durch einen dauernd drehfest mit der Nockenwelle verbundenen Bestandteil der Steuervorrichtung wiedergeben.

Die eigentliche Nockenwelle ist mit 1 bezeichnet. Sie trägt sowohl mehrere dauernd drehfest mit ihr verbundene Nocken 2, 3 und 4 als auch mehrere desaktivierbare Noc­ ken 5, 6 und 7, das heißt Nocken, die nur zeitweise drehfest mit der eigentlichen Noc­ kenwelle 1 verbunden sind. Diese desaktivierbaren Nocken 5, 6 und 7 sind in diesem Ausführungsbeispiel nicht nur drehbar, sondern auch axial verschieblich auf Hülsen 8, 9 und 10 gelagert, die gleichsam Abstandshülsen bilden und drehfest mit der eigentli­ chen Nockenwelle 1 verbunden sind. Ferner erstrecken sich zwischen diesen Abstands­ hülsen 8, 9 und 10 weitere, ebenfalls axial unverschieblich und drehfest mit der eigentli­ chen Nockenwelle 1 verbundene hülsenartige Teile 11, 12 und 13, die sowohl Stützlager für die Nockenwelle sind als auch nockenwellenfeste Bestandteile von Klauenkupplungen 14, 15 und 16 zur zeitweiligen drehfesten Arretierung der desaktivierbaren Nocken 5, 6 und 7 bilden. Zu diesem Zweck trägt jedes dieser Teile 11, 12 und 13 auf seiner in Fig. 1 rechten Stirnseite zumindest eine klauenartige Erhebung 17, 18 bzw. 19, die bei Her­ stellung einer drehfesten Verbindung zwischen dem jeweiligen Nocken 5, 6 und 7 und der Nockenwelle 1 von einer am Nocken vorgesehenen Nut 20, 21 bzw. 22 Kräfte in Um­ fangsrichtung übertragend aufgenommen ist. Das bedeutet, daß auch jeder der Nocken 5, 5 und 7 über den verbleibenden Winkelbereich seiner in Fig. 1 linken Stirnseite mit ei­ nem als Klaue zu bezeichnenden Vorsprung 23, 24 bzw. 25 versehen ist.

In der Nockenwelle 1 erkennt man den axial verlaufenden, am rechten Nockenwellenen­ de verschlossenen Druckölkanal 26, der von der linken Stirnseite der Nockenwelle 1 her über eine nicht dargestellte Einrichtung gespeist wird, die in Abhängigkeit von der Drehzahl bzw. Last der Brennkraftmaschine den Druck in dem Kanal 26 und den damit verbundenen, noch zu beschreibenden Druckräumen verringert, sobald einzelne Nocken zwecks Abschaltung von Ventilen desaktiviert werden sollen. Diese ringförmigen Druck­ kammern 27, 28 und 29, die individuell einzelnen der Nocken 5, 6 und 7 zugeordnet sind, liegen auf der der jeweiligen Klauenkupplung 14, 15 bzw. 16 abgekehrten Seite des je­ weiligen Nockens und werden von zwei Seiten begrenzt durch nockenindividuelle Schie­ bemuffen 30, 31 und 32, die verschiebbar auf der Nockenwelle angeordnet sind. In Richtung nach rechts abgeschlossen werden die einzelnen Druckräume 27, 28 und 29 durch auf der eigentlichen Nockenwelle 1 unverschiebbar angeordnete hülsenartige Teile 33, 34 und 35, so daß eine Vergrößerung des Drucks im zentralen Kanal 26 über die Querkanäle 36, 37 und 38 eine Vergrößerung des Drucks in den Druckräumen 27, 28 und 29 und damit über eine Axialverschiebung der Schiebemuffen 30, 31 und 32 auch eine Verschiebung der Nocken 5, 6 und 7 in Fig. 1 nach links zur Folge hat. Dadurch kommen die Elemente der Klauenkupplungen 14, 15 und 16 in Eingriff, so daß die Nocken 5, 6 und 7 drehfest mit der eigentlichen Nockenwelle 1 gekuppelt und die zugehörigen Ventile betätigt werden. Da die Verhältnisse im Bereich aller Nocken 5, 6 und 7 die gleichen sind, ist nur das durch den Nocken 5 zu betätigende Ventil 39 mit seiner Schließfeder 40 angedeutet.

Auf diese Weise wird bei entsprechenden Betriebsbedingungen der Brennkraftmaschine, also beispielsweise bei hoher Last oder hoher Drehzahl, die volle Zylinderzahl (bei Ma­ schinen mit abgeschaltbaren Zylindern) bzw. der volle Einlaßströmungsquerschnitt (bei Maschinen mit mehreren Einlaßventilen je Zylinder) wirksam gemacht.

Sollen dagegen einzelne Ventile desaktiviert werden, müssen die zugehörigen Nocken 5, 6 und 7 in Fig. 1 wieder nach rechts in ihre dargestellte Lage verschoben werden, in denen die Klauenkupplungen 14, 15 und 16 ausgerückt sind. Zu diesem Zweck wird über die erwähnte, an den zentralen Druckölkanal 26 angeschlossene Steuereinrichtung der Druck abgebaut, so daß beim Auftreten einer in Richtung nach rechts gerichteten Kraft die Nocken 5, 6 und 7 nebst den zugeordneten Schiebemuffen 30, 31 und 32 sich nach rechts bewegen können. Diese Axialkräfte werden nun individuell für die einzelnen Nocken 5, 6 und 7 dadurch aus dem von der jeweiligen Ventilschließfeder 40 während der Schließbewegung des entsprechenden Ventils 39 auf den jeweiligen Nocken, hier also den Nocken 5, ausgeübten Moment dadurch abgeleitet, daß bestimmte Klauenflan­ ken der Klauenkupplungen 14, 15 und 16 derart geneigt sind, daß die Klauen in Rich­ tung vom Klauengrund zum Klauenscheitel schmaler werden. Dies ist in Fig. 2 für den dauernd drehfest mit der eigentlichen Nockenwelle 1 verbundenen Bestandteil 11 der Kupplung 14 dargestellt: Die in Richtung der durch den Pfeil 41 angedeuteten Drehbewegung der Nockenwelle hintere Flanke 42 der Klaue 17 dieses Teils ist unter dem Winkel α gegen die zugehörigen Mantellinien des Teils 11 geneigt, der größer ist als der Reibungswinkel an dieser Stelle, so daß aus dem von der Ventilschließfeder 40 während des Schließvorgangs des Ventils 39 auf den Nocken 5 in Umfangsrichtung aus­ geübten Drehmoment eine Axialkraft abgeleitet wird, die auf den Nocken 5 im Sinne eines Ausrückens der Klauenkupplung 14 wirkt. Demgegenüber ist die in Drehrichtung 41 vordere Flanke 43 der Klaue 17 nicht geneigt, sondern sie verläuft parallel zu den zugehörigen Mantellinien, so daß die Übertragung eines Drehmoments von der eigentli­ chen Nockenwelle 1 auf den Nocken 5 sichergestellt ist. Erst die Umkehr des von der Schließfeder 40 auf den Nocken 5 ausgeübten Drehmoments zu Beginn der Schließphase des Ventils leitet demgemäß über die Neigung α der jetzt wirksam werdenden Klauen­ flanke 42 die Gewinnung einer im Sinne des Ausrückens der Klauenkupplung 14 wirken­ den Axialkraft ein, die aber verständlicherweise nur dann zum Ausrücken der Kupplung und demgemäß zum Desaktivieren des Nockens 5 führt, wenn der Druck im Druckraum 27 abgesenkt ist.

Diese Beschreibung für die Arbeitsweise des Nockens 5 bzw. seine Ansteuerung gilt identisch auch für die weiteren desaktivierbaren Nocken 6 und 7.

Wie auch die Beschreibung zeigt, ist mit der Erfindung eine gattungsgemäße Steuervor­ richtung geschaffen, die in besonders einfacher und exakter Weise die Desaktivierung der einzelnen Ventilen zugeordneten Nocken unter Ausnutzung von Kräften gestattet, die letztlich von der Arbeitsphase des Ventils abhängen.

Claims (4)

1. Steuervorrichtung für mit Schließfedern ausgerüstete Ladungswechselventile einer Brennkraftmaschine mit einer Nockenwelle, die zumindest einen auf ihr drehbar ge­ lagerten desaktivierbaren Nocken trägt, dem eine eine Schiebemuffe auf der Nocken­ welle enthaltende Kupplung nach Art einer Klauenkupplung zur Herstellung einer drehfesten Verbindung mit der Nockenwelle in einer durch Aufbringen einer Axial­ kraft erzielten ersten Axiallage der Schiebemuffe und zur Aufhebung dieser Verbin­ dung in einer nach Abschalten der Axialkraft eingenommenen zweiten Axiallage der Schiebemuffe zugeordnet ist, wobei der Nocken sowie ein drehfest auf der Nocken­ welle angeordneter Kupplungsbestandteil nur bei in ihrer ersten Axiallage befindli­ cher Schiebemuffe einander in Umfangsrichtung hintergreifende Klauen besitzen, da­ durch gekennzeichnet, daß zumindest einzelne Klauenflanken (42) im Sinne einer Klau­ enverschmälerung vom Klauengrund zum Klauenscheitel geneigt unter einen Neigungs­ winkel (α) verlaufen, der größer als der Reibungswinkel ist, und das während der Ven­ tilschließbewegung auf den Nocken (5, 6, 7) von der Schließfeder (40) ausgeübte Mo­ ment in eine axiale Gegenkraft zum Ausrücken der Klauenkupplung (14, 15, 16) um­ setzen.

2. Vorrichtung nach Anspruch 1, dadurch gekennzeichnet, daß die in Drehrichtung (41) der Nockenwelle (1) hintere Flanke (42) der zumindest einen Klaue (17) des drehfesten Kupplungsbestandteils (11) und/oder die in Drehrichtung (41) vordere Flanke der zu­ mindest einen Klaue (23) des Nockens (5, 6, 7) geneigt verläuft.

3. Vorrichtung nach Anspruch 1 oder 2, dadurch gekennzeichnet, daß zur Erzeugung der Axialkraft die Schiebemuffe (30, 31, 32) einen ringförmigen Druckraum (27, 28, 29) umgreift, der über Druckmittelkanäle (26, 36, 37, 38) in der Nockenwelle (1) mit einem Druckmedium beaufschlagbar ist.

4. Vorrichtung nach Anspruch 3, dadurch gekennzeichnet, daß in der Nockenwelle (1) ein axialer Druckmittelkanal (26) vorgesehen ist, der von einem Ende, insbesondere einer Stirnseite, der Nockenwelle (1) mit Druckmedium gespeist ist und über Quer­ kanäle (36, 37, 38) mit den ringförmigen Druckräumen (27, 28, 29) aller Schiebemuf­ fen (30, 31, 32) auf der Nockenwelle (1) in Verbindung steht.