DE4210567A1 - Variabler ventiltrieb fuer ein hubventil einer maschine - Google Patents

Description

Die Erfindung betrifft einen variablen Ventiltrieb gemäß dem Ober­ begriff des Patentanspruchs 1. Ein Ventiltrieb dieses Aufbaus ist aus der DE-OS 35 12 035, F01L 1/12, in der Weise bekannt, 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 Auf­ wärtsbewegung hintergreift und mitnimmt. Auf den äußeren Stößel wirken beiderseits des ersten Nockens auf einer gemeinsamen Nocken­ welle angeordnete identische zweite Nocken, deren Ventilschließ­ flanken flacher verlaufen als die Schließflanke des ersten Nockens. Die Auslegung der verschiedenen Bestandteile dieses bekannten Ven­ tiltriebs ist so getroffen, daß bei niedrigen Drehzahlen die dem inneren Stößel zugeordnete Feder stark genug ist, um einen dauern­ den Kontakt zwischen innerem Stößel und erstem Nocken sicherzustel­ len; 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. Anderer­ seits ist aber die dem äußeren Stößel zugeordnete Feder stark ge­ nug, um einen dauernden Kontakt zwischen diesem Stößel und den zweiten Nocken sicherzustellen. Das bedeutet, daß infolge der be­ schriebenen Ausbildung der beiden Stößel an ihren einander zugekehr­ ten Umfangsflächen bei höheren Drehzahlen der äußere Stößel den in­ neren Stößel nebst dem mit diesem verbundenen Ventil zumindest wäh­ rend der Schließphase mitnimmt. Jetzt ist aber entscheidend für den Verlauf der Ventilbewegung der Verlauf der Schließflanken der bei­ den zweiten Nocken.

Dieser bekannte variable Ventiltrieb besitzt zwar gegenüber ande­ ren, nach diesem Prinzip arbeitenden variablen Ventiltrieben den Vorteil, daß er Druckkammern und Druckmittelkanäle innerhalb der Stößel und damit einen zusätzlichen Druckmittelaufwand einschließ­ lich Leckage vermeidet, gestattet jedoch eine Veränderbarkeit der Ventilsteuerzeiten nur in sehr geringem Umfang, nämlich drehzahlab­ hängig und nur im Bereich der Schließphase.

Der Erfindung liegt die Aufgabe zugrunde, einen gattungsgemäßen va­ riablen Ventiltrieb unter Wahrung der vorteilhaften Vermeidung von Druckmittelkammern innerhalb der Stößel zu schaffen, der hinsicht­ lich der Beeinflussung des Hubverlaufs des Ventils Freiheit bietet, und zwar sowohl was die entsprechende Gestaltung der Nocken als auch die Auswahl der die Variabilität beeinflussenden Parameter an­ belangt.

Die erfindungsgemäße Lösung dieser Aufgabe besteht in den kenn­ zeichnenden Merkmalen des Hauptanspruchs, vorteilhafte Ausbildungen der Erfindung beschreiben die Unteransprüche.

Selbst wenn bei der Erfindung zur Änderung der Ventilsteuerzeiten ein Druckmittel Einsatz findet, sind entsprechende Kanäle und Druckkammern nicht innerhalb der Ventilstößel, sondern in der äuße­ ren Führung, als beispielsweise einem Zylinderkopf einer Brenn­ kraftmaschine, angeordnet, so daß sich komplizierte Stößelkonstruk­ tionen (die gegebenenfalls auch Rückschlagventile enthalten müssen) und Leckageverluste erübrigen. Dabei wird diese günstige Eigen­ schaft in keiner Weise durch eine Beschränkung der Veränderbarkeit der Ventilsteuerzeiten auf die Gestaltung bestimmter Nockenflanken oder auf die Wahl spezieller Parameter erkauft; vielmehr bietet die Erfindung hier dieselbe Freiheit wie bekannte, mit einem Druck­ mittel arbeitende Ventiltriebe dieses Prinzips.

Ein Ausführungsbeispiel der Erfindung wird im folgenden anhand der Zeichnung erläutert, deren Fig. 1 und 3 Längsschnitte und deren Fig. 2 und 4 Horizontalschnitte entsprechend II-II in Fig. 1 wiedergeben.

Die Fig. 1 und 2 beziehen sich auf den Fall der Entkopplung der beiden Stößel, die Fig. 3 und 4 auf den Fall der Kopplung der­ selben.

Als wesentliche Bestandteile enthält der dem mit seinem Schaft 1, dem Ventilteller 2 und der Ventilschließfeder 3 in üblicher Anord­ nung dargestellten Ventil zugeordnete Ventiltrieb den inneren Ventilstößel 4, der mittels des Nockens 5 betätigbar ist, und den den inneren Ventilstößel 4 in Draufsicht umschließenden äußeren Ventilstößel 6, zu dessen Antrieb in symmetrischer Anordnung die beiden Nocken 7 und 8 dienen. Alle Nocken sitzen auf ein und ders­ elben Nockenwelle 9 und haben sich überschneidende Grundkreis­ phasen; in allen Figuren ist angenommen, daß die Verhältnisse bei Wirksamkeit dieser Grundkreisphasen vorliegen. Dagegen sind die Hübe der Nocken 5 einerseits und 7 und 8 andererseits unterschied­ lich, so daß je nachdem, welcher der Nocken 5 bzw. 7 und 8 die Be­ wegung des Ventils 1 bewirkt, dieses Ventil unterschiedliche Hub­ verläufe ausführt.

Diese Veränderbarkeit des Ventiltriebs wird dadurch erzielt, daß entweder nur der innere Stößel 4 mit dem ihm zugeordneten mittleren Nocken 5 mit dem Hubventil 1 gekoppelt ist oder aber durch nun zu beschreibende Kopplungsmittel der äußere Stößel 6 mit dem inneren Stößel 4 und damit dem Hubventil 1 verbunden ist.

Betrachtet man nun die Konstruktion im einzelnen, so liegt auf ebenen umlaufenden unteren Flächen 10 und 11 des äußeren Stößels 6 unter der Wirkung der Kegelfeder 12, die sich an der bundartigen Auflagefläche 13 des inneren Stößels 4 abstützt, die Kopplungsring­ scheibe 14 auf, die zur Anlage der Feder 12 in radialen Richtungen die Kante 15 besitzt. Da die Feder 12 ferner auch an der Auflage 13 mittels der Stufe 16 in radialen Richtungen zentriert ist, bewirkt sie nicht nur ein Andrücken der Kopplungsringscheibe 14 in Richtung nach oben an die Auflageflächen 10 und 11, sondern zugleich die Querausrichtung der Kopplungsringscheibe 14 in der in den Fig. 1 und 2 gezeichneten Lage, nämlich so, daß die von ihrem Innenrand 17 umschlossene Öffnung dem Innenstößel 4 die Bewegung entlang seiner Achse 18 ermöglicht. Der Innendurchmesser der Kopplungsringscheibe 14 entspricht demgemäß etwa dem Außendurchmesser des inneren Stößels 4.

In der den Figuren zugrundegelegten Wirksamkeit der Grundkreisphase der Nocken 5, 7 und 8 steht dem Innenrand 17 der Kopplungsring­ scheibe 14 die ringförmige Ausnehmung 19 am Außenumfang des inneren Stößels 4 gegenüber. Die Weite dieser Ausnehmung ist so groß bemes­ sen, daß die Kopplungsringscheibe 14 zwecks Herstellung einer form­ schlüssigen Verbindung in die Ausnehmung 19 eingreifen kann.

Die ringförmige Ausnehmung 19 nimmt den Ring 20 auf, dessen Außen­ durchmesser etwa gleich dem Außendurchmesser des inneren Stößels 4 ist, während der Innendurchmesser des Rings 20 größer als der In­ nendurchmesser der ringförmigen Ausnehmung 19 dimensioniert ist.

Die Kopplungsringscheibe 14 besitzt auf der linken Seite der Figu­ ren die Gleitfläche 21, auf der unter der Wirkung der zwischen den beiden Kolbenteilen 22 und 23 eingespannten Spreizfeder 24 der Kol­ benteil 23 aufliegt. Der Kolben wird in diesem Ausführungsbeispiel mittels des Nockens 25 betätigt. Sobald diese Betätigungskraft eine vorgegebene Größe übersteigt, drückt der Kolben 22, 23 die Kopp­ lungsringscheibe 14 entgegen der Wirkung der Feder 12 in den Figu­ ren nach rechts (siehe Fig. 3 und 4), so daß die Kopplungsring­ scheibe 14 in einen in den Figuren linken Umfangsbereich der ring­ förmigen Ausnehmung 19 eingreift und dabei den Ring 20 etwas nach rechts verschiebt, der dann in einem in den Figuren rechten Um­ fangsbereich teilweise noch innerhalb der ringförmigen Ausnehmung 19, teilweise aber außerhalb derselben unter Abstützung an der Auf­ lagefläche 21 verläuft. Das bedeutet, daß nunmehr eine Kopplung zwischen den beiden Stößeln 4 und 6 erfolgt ist. Während in der La­ ge der verschiedenen Bauteile in den Fig. 1 und 2 nur der inne­ re Nocken 5 bewegungsmäßig mit dem Hubventil 1 gekoppelt war, also die einen größeren Hub besitzenden Nocken 7 und 8 den äußeren Stö­ ßel 6 an dem inneren Stößel 4 gleichsam vorbei bewegten, folgen jetzt beide Stößel 4 und 6 infolge der beschriebenen mechanischen Kopplung dem Verlauf der Nocken 7 und 8; der Nocken 5 hebt dabei zeitweise vom inneren Stößel 4 ab.

Da der Kolben 22, 23 in der Führung 26 für den Ventiltrieb, hier einem Zylinderkopf, angeordnet ist, kann der Antrieb des Kolbens 22, 23 statt mechanisch über den Nocken 25 auch über ein Druckmit­ tel erfolgen, ohne daß Leckageverluste durch den Übertritt aus der Führung 26 in die Stößel 4 und 6 in Kauf genommen werden müssen. Der Zylinderkopf 26 weist also eine in Draufsicht kreisrunde Bohrung zur Aufnahme des äußeren Stößels 6 auf, die, um die Ver­ schiebung der Kopplungsringscheibe 14 zu ermöglichen, in einem dem Kolben 22, 23 gegenüberliegenden Umfangsbereich mit einer Erweiter­ ung 27 versehen ist.

Infolge der Verwendung rotationssymmetrischer Teile bis hin zum Vorsehen der ringförmigen Ausnehmung 19 sind Relativdrehungen zwi­ schen den Bestandteilen des Ventiltriebs möglich.

Mit der Erfindung ist demgemäß ein gattungsgemäßer variabler Ven­ tiltrieb geschaffen, der einerseits die Nachteile mit Druckmitteln in den Stößeln arbeitender Ventiltriebe vermeidet, andererseits aber große Freiheit hinsichtlich der Beeinflussung der Ventilsteu­ erzeiten bietet. Die erfindungsgemäße Konstruktion verlangt auch keine Beschränkung hinsichtlich zusätzlicher Einrichtungen; bei­ spielsweise kann ein gegebenenfalls abgeschlossenes hydraulisches Ventilspielausgleichselement 28 eingesetzt werden.

Claims (9)

1. Variabler Ventiltrieb für ein Hubventil einer Maschine, insbe­ sondere 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 mechanisch bewegungsmäßig gekoppelten, in einer Füh­ rung verschiebbaren äußeren Stößel arbeitet, wobei alle Nocken synchron betätigt sind sowie hub- und phasenmäßig gleiche Grund­ kreisbereiche besitzen, dadurch gekennzeichnet, daß zur bewe­ gungsmäßigen Kopplung in der Führung (26) ein radial verschieb­ barer Kolben (22, 23) und am äußeren Stößel (6) in Höhe des Kol­ bens (22, 23) eine quer verschiebbare Kopplungsringscheibe (14) vorgesehen sind, deren Innenrand (17) eine Öffnung mit den Durchtritt des inneren Stößels (4) zulassendem Querschnitt um­ schließt und dem in der Grundkreisphase der Nocken (5; 7, 8) ei­ ne ringförmige Ausnehmung (19) am Umfang des inneren Stößels (4) zum Kopplungseingriff durch Verschiebung der Kopplungsringschei­ be (14) gegen Federkraft (12) gegenübersteht.

2. Ventiltrieb nach Anspruch 1, dadurch gekennzeichnet, daß die Kopplungsringscheibe (14) mit einer Gleitbahn (21) den Kolben (22, 23) abstützt, der zwei zwischen sich eine Spreizfeder (24) einschließende Kolbenteile (22, 23) enthält.

3. Ventiltrieb nach Anspruch 1 oder 2, dadurch gekennzeichnet, daß der Kolben (22, 23) durch den Druck in einer Druckmittelkammer in der Führung (26) verschiebbar ist.

4. Ventiltrieb nach Anspruch 1 oder 2, dadurch gekennzeichnet, daß zur Verschiebung des Kolbens (22, 23) ein Nocken (25) dient.

5. Ventiltrieb nach einem der Ansprüche 1 bis 4, dadurch gekenn­ zeichnet, daß in der ringförmigen Ausnehmung (19) ein Ring (20) querverschiebbar angeordnet ist, dessen Außendurchmesser etwa gleich dem Außendurchmesser des inneren Stößels (4) und dessen Innendurchmesser größer als derjenige der ringförmigen Ausneh­ mung (19), aber nur so groß gewählt ist, daß der Ring (20) während des Kopplungseingriffs der Kopplungsringscheibe (14) mit einem dem Kolben (22, 23) gegenüberliegenden Umfangsbereich noch teilweise innerhalb der ringförmigen Ausnehmung (19) verläuft.

6. Ventiltrieb nach einem der Ansprüche 1 bis 5, dadurch gekenn­ zeichnet, daß der äußere Stößel (6) zumindest einen ebenen, den Nocken (5; 7, 8) abgekehrten Endbereich (10, 11) besitzt, an dem die Kopplungsringscheibe (14) querverschiebbar durch eine Feder (12) abgestützt ist.

7. Ventiltrieb nach Anspruch 6, dadurch gekennzeichnet, daß die Fe­ der (12) zwischen einer Auflage (13) am inneren Stößel (4) und der Kopplungsringscheibe (14) eingespannt ist.

8. Ventiltrieb nach Anspruch 7, dadurch gekennzeichnet, daß der Fe­ der (12) äußere Anschläge (15) an der Kopplungsringscheibe (14) zugeordnet sind, so daß die Feder (12) die Kopplungsringscheibe (14) bei in Entkopplungsstellung befindlichem Kolben (22, 23) in einer den Durchtritt des inneren Stößels (4) zulassenden Ent­ kopplungsstellung sichert.

9. Ventiltrieb nach Anspruch 8, gekennzeichnet durch eine Kegelfe­ der (12).