DE4206166B4

DE4206166B4 - Variabler Ventiltrieb für ein Hubventil einer Maschine

Info

Publication number: DE4206166B4
Application number: DE4206166A
Authority: DE
Inventors: Gerhard Dr. Eggers
Original assignee: Volkswagen AG
Current assignee: Volkswagen AG
Priority date: 1991-03-14
Filing date: 1992-02-28
Publication date: 2004-11-04
Anticipated expiration: 2012-02-29
Also published as: DE4206166A1

Abstract

Variabler Ventiltrieb für ein Hubventil einer Maschine, insbesondere ein Ladungswechselventil einer Brennkraftmaschine, das zwischen einer Schließ- und einer Öffnungsstellung entgegen der Kraft einer Ventilfeder über einen inneren Stößel zeitweilig mittels eines auf den inneren Stößel arbeitenden ersten Nockens und zeitweilig mittels zumindest eines zweiten Nockens bewegbar ist, der auf einen den inneren Stößel umschließenden, mit diesem in Abhängigkeit von zumindest einer Betriebsgröße der Maschine zeitweilig bewegungsmäßig gekoppelten äußeren Stößel arbeitet, wobei alle Nocken sein synchron drehen sowie phasenmäßig gleiche Grundkreisbereiche besitzen, dadurch gekennzeichnet, dass zur bewegungsmäßigen Kopplung in dem äußeren Stößel (10) zumindest ein hydraulisch radialverschiebbarer Kolben (12, 13, 14) mit einem Kopplungsstift (15, 16, 17) vorgesehen ist, dem am Umfang des inneren Stößels (8) während der Nockengrundkreisphase axiale Anschläge (18) gegenüberstehen, und dass zwischen den beiden Stößeln (8, 10) eine den inneren Stößel (8) umschlingende, den äußeren Stößel (10) in Richtung auf den zweiten Nocken (5, 6) beaufschlagende Druckfeder...

Description

Die Erfindung betrifft einen variablen Ventiltrieb gemäß dem Oberbegriff des Patentanspruchs 1. Ein Ventiltrieb dieses Aufbaues ist aus der DE 35 12 035 A1 in der Weise bekannt geworden, daß an dem inneren Stößel eine verhältnismäßig weiche, dagegen an dem äußeren Stößel eine erheblich stärkere Rückstellfeder angreift, wobei zwecks zeitweiliger Kopplung der beiden Stößel die einander gegenüberstehenden Umfangsflächen derselben so ausgebildet sind, daß der äußere Stößel den inneren Stößel bei einer schnelleren Aufwärtsbewegung hintergreift und mitnimmt. Auf den äußeren Stößel wirken beiderseits des ersten Nockens auf einer gemeinsamen Nockenwelle angeordnete identische zweite Nocken, deren Ventilschließflanken flacher verlaufen als die Schließflanke des ersten Nockens. Die Auslegung der verschiedenen Bestandteile dieses bekannten Ventiltriebs ist so getroffen, daß bei niedrigen Drehzahlen die dem inneren Stößel zugeordnete Feder stark genug ist, um einen dauernden Kontakt zwischen innerem Stößel und erstem Nocken sicherzustellen; bei niedrigen Drehzahlen ist demgemäß der Verlauf des ersten Nockens für die Ventilbewegung auch während der Schließphase allein ausschlaggebend. Bei höheren Drehzahlen dagegen ist die dem inneren Stößel zugeordnete Feder zu schwach, um einen dauernden Kontakt zwischen innerem Stößel und erstem Nocken sicherzustellen. Andererseits ist aber die dem äußeren Stößel zugeordnete Feder stark genug, um einen dauernden Kontakt zwischen diesem Stößel und den zweiten Nocken sicherzustellen.
Das bedeutet, daß infolge der beschriebenen Ausbildung der beiden Stößel an ihren einander zugekehrten Umfangsflächen bei höheren Drehzahlen der äußere Stößel den ersten Stößel nebst dem mit diesem verbundenen Ventil zumindest während der Schließphase mitnimmt. Jetzt ist aber entscheidend für den Verlauf der Ventilbewegung der Verlauf der Schließflanken der beiden zweiten Nocken.
Dieser Stand der Technik sieht demgemäß eine Veränderbarkeit der Ventilsteuerzeiten nur in sehr geringem Umfang, nämlich drehzahlabhängig und nur im Bereich der Schließphase, vor. Diese Einschränkung vermeidet eine aus der DE-33 47 680 A1 bekannte Ventilsteuerung, bei der der den inneren Stößel topfartig aufnehmende äußere Stößel zusammen mit diesem einen über ein axial verstellbares Ventil hinsichtlich seines hydraulischen Drucks steuerbaren Druckraum bildet. Hinzu kommen axial ausgerichtete Federn, so daß dieser bekannte variable Ventiltrieb zwar in vorteilhafter Weise durch Steuerung bzw. Regelung des Drucks in dem Druckraum mittels einer außerhalb des Ventiltriebs angeordneten Steuer- oder Regeleinrichtung in Abhängigkeit von Betriebsparametern der Maschine praktisch während beliebigen Betriebsphasen des Hubventils dessen Hubverlauf zu ändern gestattet, jedoch diese Einrichtung den Nachteil eines relativ großen Bauaufwands in axialer Richtung, d. h. in Richtung der Achse des Hubventils bzw. einer zwischengeschalteten Stange, besitzt.
Die prioritätsältere WO 91/12413 A1 zeigt einen variablen Ventiltrieb mit den Merkmalen des Oberbegriffs des Hauptanspruchs, bei dem zur bewegungsmäßigen Kopplung in dem äußeren Stößel zumindest ein hydraulisch radialverschiebbarer Kolben mit einem Kopplungsstift vorgesehen ist, dem am Umfang des inneren Stößels während der Nockengrundkreisphase axiale Anschläge gegenüber stehen. Zur Gewinnung einer den äußeren Stößel gegen zwei ihm zugeordneten Nocken drückenden Kraft ist der äußere Stößel mittels einer unterhalb der beiden Stößel befindlichen Druckfeder kraftbeaufschlagt, die sich mit einem Ende an einer Auflage am Maschinengehäuse abstützt. Diese Druckfeder umgibt dabei die übliche Ventilschließfeder und den oberen Bereich des Ventilschafts. Diese Konstruktion ist insofern montageunfreundlich und in axialer Richtung platzaufwendig, als sich die besagte Druckfeder gleichsam außerhalb des eigentlichen Ventiltriebs befindet.
Die US-PS 4,905,639 schließlich beschreibt im Einzelnen eine Ventilsteuerung für zwei Ventile, bei der beiden Ventilen individuelle Tassenstößel sowie zwischen diesen individuellen Tassenstößeln ein gemeinsamer Stößel zugeordnet sind, der über hydraulisch radialverschiebbare Kolben in den individuellen Tassenstößeln mit diesen gekoppelt werden kann. Allen Tassenstößeln sind individuelle Nocken auf einer gemeinsamen Nockenwelle zugeordnet; der mittlere Stößel ist mittels einer Druckfeder gegen seinen Nocken gedrückt, die sich an einem Federsitz des Maschinengehäuses abstützt. Selbst wenn diese Druckschrift einen Hinweis darauf enthält, man könne die Konstruktion auch bei einer auf die Steuerung eines Ventils bezogenen Ventilsteuerung verwenden, finden sich doch keine Hinweise darauf, wie diese Konstruktion dann aussehen soll.
Der Erfindung liegt die Aufgabe zugrunde, einen gattungsgemäßen variablen Ventiltrieb zu schaffen, der einerseits hinsichtlich der Beeinflussung des Hubverlaufs des Ventils Freiheit bietet, andererseits den Vorteil eines minimalen Platzbedarfs, insbesondere in axialer Richtung, und einer einfachen Montage bietet.
Die erfindungsgemäße Lösung dieser Aufgabe besteht in den kennzeichnenden Merkmalen des Hauptanspruchs, vorteilhafte Ausbildungen der Erfindung beschreiben die Unteransprüche.
Schlagwortartig kann man sagen, dass die Erfindung die Vorteile der beiden oben als erste beschriebenen bekannten Ventiltriebe vereint, aber die Nachteile derselben vermeidet. Die Erfindung erreicht diese günstigen Eigenschaften mit außerordentlich geringem Aufwand, nämlich im Wesentlichen durch Vorsehen von hydraulischen Kolben, und stellt eine abgeschlossene, insbesondere in radialer Richtung sehr kurze Einheit dar.
Ein Ausführungsbeispiel der Erfindung wird im folgenden anhand der Zeichnung erläutert, deren 1 einen Längsschnitt und deren 2 die in 1 bei II–II angedeutet Querschnittsansicht wiedergibt.
Mit 1 ist das einen üblichen Aufbau besitzende Hubventil bezeichnet. In Schließrichtung wird es durch die sich an dem Federteller 2 abstützende Schließfeder 3 kraftbeaufschlagt, während zur Öffnungsbewegung des Hubventils 1 letztlich die drei Nocken 4, 5 und 6 auf der gemeinsamen Nockenwelle 7 dienen, die bei einer Brennkraftmaschine in an sich bekannter Weise von der Kurbelwelle der Maschine her angetrieben wird. Der innere oder erste Nocken 4 arbeitet auf den inneren Stößel 8, der unter Zwischenschaltung des einen bekannten Aufbau besitzenden und daher hier nicht zu beschreibenden Ventilspielausgleichselements 9 im Öffnungssinne auf den Schaft des Hubventils 1 einwirkt. Die beiden äußeren oder zweiten Nocken 5 und 6 arbeiten dagegen auf den äußeren Stößel 10, der den inneren Stößel 8 Bewegungen in Axialrichtung zulassend aufnimmt.
Wie unmittelbar aus 1 ersichtlich, besitzen die Nocken 4 einerseits und 5, 6 andererseits unterschiedliche Hubkurven, wobei die Hubkurven der beiden zweiten Nocken 5 und 6 gleich sind. Die Grundkreisphasen der drei Nocken 4, 5 und 6 überschneiden sich, so daß sich die beiden Stößel 8 und 10 in der gezeichneten Stellung auf allen drei Nocken 4, 5 und 6, und zwar auf den Grundkreisbereichen derselben, abstützen. In dieser Lage besteht nun die Möglichkeit der Herstellung einer Kopplung zwischen den beiden Stößeln 8 und 10, die erforderlich ist, um die Hubverläufe der beiden zweiten Nocken 5 und 6 zu erzielen. Ohne Kopplung zwischen den beiden Stößeln 8 und 10 steht nämlich der innere Stößel 8 und damit das Ventil 1 lediglich unter der Wirkung des ersten Nockens 4, während die beiden zweiten Nocken 5 und 6 den äußeren Stößel 10 entgegen der Wirkung der zwischen ihm und dem inneren Stößel 8 aufgespannten Druckfeder 11 relativ zum inneren Stößel 8 verschieben. Zur Herstellung der Kupplung zwischen den beiden Stößeln 8 und 10 dienen in diesem Ausführungsbeispiel drei Kolben 12, 13 und 14 in umfangssymmetrischer Verteilung, die an ihren inneren Stirnseiten Kopplungsstifte 15, 16 und 17 tragen, denen in der gezeichneten Lage der verschiedenen Ventiltriebsteile die Nut 18 am Umfang des inneren Stößels 8 gegenübersteht, so daß bei genügend hohem Druck in Druckkammern 21, 22 und 23, die an die Kolben 12, 13 und 14 radial nach außen angrenzen, die Kolben entgegen der Kraft der ringförmigen Feder 25 radial nach innen gedrückt werden.
Die umlaufende Nut 18 läßt demgemäß im Betrieb Drehungen des inneren Stößels 8 zu.
Diese demgemäß allen Kolben gemeinsame Feder 25 weist Löcher 26, 27 und 28 zum Durchtritt der Kopplungsstifte 15, 16 und 17 auf und ist so ausgelegt, daß sie bei entsprechend niedrigem Druck in den Druckkammern 21, 22 und 23 die Kolben 12, 13 und 14 so weit radial nach außen verschiebt, daß die Kopplungsstifte 9, 10 und 11 innerhalb der Wandstärke des äußeren Stößels 10 liegen. In diesem Fall ist also die Kopplung zwischen den beiden Stößeln 8 und 10 aufgehoben, während die Stifte in der in 1 dargestellten Lage zusammen mit der Ausnehmung 18 den inneren Stößel 8 mit dem äußeren Stößel 10 koppeln, so daß nunmehr die Hubverläufe der Nocken 5 und 6, deren maximale Hübe größer als derjenige des Nockens 4 sind, die Bewegung des Hubventils 1 bestimmen. In dieser Betriebsweise ist der Kontakt zwischen dem ersten Nocken 4 und dem inneren Stößel 8 aufgehoben.
Die Zufuhr des hydraulischen Druckmittels zu den Druckräumen 21, 22 und 23 erfolgt über die Ölnut 29 vom Zylinderkopf her. Die Einstellung des Drucks erfolgt mittels eines Steuergeräts in Abhängigkeit von Betriebsparametern der Maschine.
Mit der Erfindung ist demgemäß ein gattungsgemäßer variabler Ventiltrieb geschaffen, der bei minimalem Platzbedarf mit einfachen Mitteln praktisch beliebige Hubverläufe einzustellen gestattet.

Claims

Variabler Ventiltrieb für ein Hubventil einer Maschine, insbesondere ein Ladungswechselventil einer Brennkraftmaschine, das zwischen einer Schließ- und einer Öffnungsstellung entgegen der Kraft einer Ventilfeder über einen inneren Stößel zeitweilig mittels eines auf den inneren Stößel arbeitenden ersten Nockens und zeitweilig mittels zumindest eines zweiten Nockens bewegbar ist, der auf einen den inneren Stößel umschließenden, mit diesem in Abhängigkeit von zumindest einer Betriebsgröße der Maschine zeitweilig bewegungsmäßig gekoppelten äußeren Stößel arbeitet, wobei alle Nocken sein synchron drehen sowie phasenmäßig gleiche Grundkreisbereiche besitzen, dadurch gekennzeichnet, dass zur bewegungsmäßigen Kopplung in dem äußeren Stößel (10) zumindest ein hydraulisch radialverschiebbarer Kolben (12, 13, 14) mit einem Kopplungsstift (15, 16, 17) vorgesehen ist, dem am Umfang des inneren Stößels (8) während der Nockengrundkreisphase axiale Anschläge (18) gegenüberstehen, und dass zwischen den beiden Stößeln (8, 10) eine den inneren Stößel (8) umschlingende, den äußeren Stößel (10) in Richtung auf den zweiten Nocken (5, 6) beaufschlagende Druckfeder (11) angeordnet ist.
Ventiltrieb nach Anspruch 1, dadurch gekennzeichnet, daß die Anschläge (18) durch eine umlaufende Ausnehmung im inneren Stößel (8) gebildet sind.
Ventiltrieb nach Anspruch 1 oder 2, dadurch gekennzeichnet, daß der zumindest eine Kolben (12, 13, 14) nebst Kopplungsstift (15, 16, 17) durch eine radial nach außen vorgespannte Feder (25) in einer eingezogenen Stellung im äußeren Stößel (10) gehalten und durch Erhöhung des hydraulischen Drucks in einer radial außen an den Kolben (12, 13, 14) angrenzenden Druckkammer (21, 22, 23). zur Kopplung radial nach innen bewegbar ist.
Ventiltrieb nach Anspruch 3, dadurch gekennzeichnet, daß bei mehreren Kolben (12, 13, 14) und Kopplungsstiften (15, 16, 17) eine gemeinsame Feder in Gestalt eines Federrings (25) vorhanden ist, der mit Durchtrittsöffnungen (26, 27, 28) für die Kopplungsstifte (15, 16, 17) versehen ist.