DE4213147C2 - Variabler Ventiltrieb für ein Hubventil mit zwei durch unterschiedliche Nocken betätigbaren Stößeln - Google Patents

Description

Die Erfindung betrifft einen variablen Ventiltrieb gemäß dem Ober­ begriff des Anspruchs 1.

Ventiltriebe dieser Gattung, wie sie aus der DE 33 47 680 A1, bekannt sind, bieten die vorteil­ hafte Möglichkeit, die Ventilbetätigungszeitpunkte auch während des Betriebs der mit dem Ventil ausgerüsteten Maschine, insbesondere einer Kraftfahrzeug-Brennkraftmaschine, in Abhängigkeit von Be­ triebsparametern derselben zu variieren bzw. zu optimieren. Be­ trachtet man den bevorzugten Einsatzfall der Erfindung, nämlich als Ventiltrieb für ein Ladungswechselventil einer Brennkraftmaschine, so kann durch variable Ventilsteuerzeiten und variable Ventilhübe auf die Drehmomentenkennlinie (Zylinderfüllung), auf die Abgasroh­ emissionen (z. B. durch gezielte innere Abgasrückführung), auf den Verbrauch (durch Beeinflussung der Verbrennung über den Restgasge­ halt oder durch Verminderung der Gaswechselarbeiten) sowie auf das Bremsverhalten (durch Ventilabschaltung, z. B. gemäß DE 37 38 556 A1) Einfluß genommen werden.

Bei dem aus der genannten Offenlegungsschrift bekannten gattungs­ gemäßen variablen Ventiltrieb besitzen beide Stößel die Form von Töpfen, die einander entgegengerichtet angeordnet sind, so daß die äußere Fläche des Boden des inneren Topfes und ein Randflansch des äußeren Topfes eine Auflage für den jeweiligen Nocken bilden. Aus Symmetriegründen sind zwei zweite Nocken vorhanden, die demgemäß den ersten Nocken, der auf derselben Nockenwelle sitzt, in Achs­ richtung derselben zwischen sich einschließen. Im wesentlichen in­ nerhalb des inneren Stößels ist ein federbelasteter Kolben zur Be­ tätigung eines Ventils für den Druckraum untergebracht, der sich in einem Bereich zwischen diesem Ventil und dem Boden des topfförmigen äußeren Stößels erstreckt; dieser Boden bildet mit seiner Außen­ fläche die Abstützfläche für das Ventil, wobei bei diesem Stand der Technik zwischen dem Ventil und dieser Abstützfläche ein Kipphebel angeordnet ist. In Abhängigkeit davon, ob über das außerhalb der Stößel angeordnete Steuerventil der mit einem hydraulischen Druck­ medium gefüllte Druckraum abgesperrt oder entlastet ist, wird eine starre Verbindung zwischen dem äußeren Stößel (und damit dem Hub­ ventil) einerseits und dem inneren Stößel (und damit dem ersten Nocken) andererseits hergestellt, so daß der Verlauf des ersten Nockens Einfluß auf die Bewegung des Hubventils hat, oder diese Verbindung aufgehoben, so daß allein die beiden identischen zweiten Nocken den Hubverlauf des Hubventil bestimmen. Im ersten Fall folgt der Hubverlauf des Ventils jeweils dem Verlauf desjenigen Nockens, der gerade einen größeren Radius als der jeweils andere Nocken be­ sitzt.

Diese bekannte Konstruktion besitzt den Nachteil einer großen Bau­ länge zwischen der Abstützfläche für das Ventil einerseits und den Nocken andererseits, und zwar schon deshalb, weil in dem von den beiden dort topfförmigen Stößeln eine relativ komplizierte Ventil­ anordnung aufgenommen ist.

Der Erfindung liegt die Aufgabe zugrunde, einen gattungsgemäßen variablen Ventiltrieb unter Wahrung seiner Vorteile so auszubilden, daß trotz Notwendigkeit nur einer einzigen Dichtfläche zwischen den Druckraum begrenzenden, relativ zueinander bewegten Teilen eine minimale Baulänge erreicht wird.

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

Insbesondere durch eine von der Topfform abweichende Formgebung für den äußeren Stößel und Verzicht auf die Anordnung von Ventilen in­ nerhalb des von den beiden Stößeln umgrenzten Raumes, wobei dieser in seiner Gesamtheit als Druckraum ausgenutzt werden kann, ist bei der Erfindung mit einfachen Maßnahmen eine erhebliche Verringerung der Baulänge gegenüber dem eingangs diskutieren Stand der Technik erreicht. Dies gilt auch bei Vorsehen eines üblichen hydraulischen Ventilspielausgleichselements, da dieses gemäß Anspruch 2 innerhalb des hochgezogenen Bereichs des äußeren Stößels und demgemäß ohne zusätzlichen axialen Platzbedarf untergebracht werden kann.

Ebenfalls im Sinne der Erzielung einer kurzen Baulänge bei dennoch guter axialer Führung des äußeren Stößels kann dieser gemäß An­ spruch 3 mit einem Kragen einen Federteller für eine Ventil­ schließfeder und ggf. teilweise diese übergreifen.

Zwei Ausführungsbeispiele der Erfindung werden im folgenden anhand der Zeichnung erläutert, deren Fig. 1 und 2 Schnitte durch den Zylinder­ kopf eine Hubkolben-Brennkraftmaschine im Bereich eines mit dem er­ findungsgemäßen Ventiltrieb ausgerüsteten Hubladungswechselventils zeigen.

Betrachtet man zunächst Fig. 1, so ist in den Zylinderkopf 1 in üblicher Weise ein Gaswechselkanal 2 eingearbeitet, der über das Hubventil 3 in Abhängigkeit vom Betriebszyklus der Maschine mit einem Brennraum 4 verbunden bzw. gegen diesen abgedichtet wird. Das Hubventil 3 wird in üblicher Weise mittels der Ventilschließfeder 5 in der Figur in Richtung nach oben gegen seinen Ventilsitz kraftbe­ aufschlagt; die Ventilfeder 5 stützt sich mit ihrem unteren Ende am Zylinderkopf 1 und mit ihrem oberen Ende am Federteller 6 ab, der axial fest auf dem Schaft des Hubventils 3 sitzt.

Die Öffnungsbewegungen des Hubventils 3 werden durch in diesem Aus­ führungsbeispiel drei Nocken auf der Nockenwelle 7 erzeugt, und zwar einen ersten Nocken 8 bzw. zwei identische zweite Nocken 9. Während der erste Nocken 8 auf den Boden des topfförmigen inneren Stößels 10 wirkt, arbeiten die beiden zweiten Nocken 9 auf eine ringförmige Auflagefläche des allgemein mit 11 bezeichneten äußeren Stößels, der in Achsrichtung des Ventils 3 verschiebbar im Zylin­ derkopf 1 geführt ist und der die nach unten weisende Abstützfläche 12 für das in der Figur obere Ende des Schafts des Ventils 3 aufweist. Diese Abstützfläche ist Bestandteil des in Richtung auf die Nocken hochgezogenen Bereichs 13 des äußeren Stößels 11, der zur Unter­ bringung eines einen bekannten und daher nicht zu erläuternden Auf­ bau besitzenden Ventilspielausgleichselements 14 dient, das sei­ nerseits über die Öffnung 15 mit dem von den beiden Stößeln 10 und 11 dicht umschlossenen Druckraum 16 in Strömungsverbindung steht. Der hochgezogene Stößelbereich 13 bildet mit seinem Umfang eine dichte axiale Führung für den inneren Stößel 10.

Mit einem äußeren Bereich 17 bildet der hochgezogene Bereich 13 einen Ringraum 18, der mit der Atmosphäre in Verbindung steht und die Druckfeder 19 aufnimmt, die dazu dient, bei drucklosem Druck­ raum 16 den inneren Stößel 10 in der Figur in Richtung nach unten von dem zugeordneten ersten Nocken 8 abzuheben.

Zur Beeinflussung des Drucks im Druckraum 16 steht dieser über in den äußeren Stößel 11 eingearbeitete Strömungswege 20 mit der äußeren Druckmittelzufuhr 21 in Strömungsverbindung, in deren Verlauf man das in Abhängigkeit von Maschinenparametern verstell­ bare Steuerventil 22 sowie das Rückschlagventil 23 erkennt, das zum Auffüllen des Druckraums 16 bzw. zum Ersatz der Leckverluste auch bei in Sperrstellung befindlichem Steuerventil 22 dient.

Sollen nur die Konturen der zweiten Nocken 9 hinsichtlich des Hub­ verlaufs des Hubventils 3 wirksam sein, befindet sich das Steuer­ ventil 22 in seiner dargestellten geöffneten Lage, so daß der Druckraum 16 praktisch drucklos ist. Das bedeutet, daß der Verlauf des ersten Nockens 8 keinen Einfluß auf die axiale Lage des äußeren Stößels 11 und damit auf die Hubbewegung des Ventils 3 hat; in die­ sem Falle wird der innere Stößel 10 durch die Druckfeder 19 von dem zugehörigen ersten Nocken 8 abgehoben. Soll dagegen der Ver­ lauf des ersten Nockens 8 Einfluß auf den Hubverlauf des Hubventils 3 haben, so wird das Steuerventil 22 in seine Sperrstellung ver­ schwenkt, so daß sich bei Ausübung einer Axialkraft durch den er­ sten Nocken 8 auf den inneren Stößel 10 momentan ein hoher Druck in dem Druckraum 16 aufbaut und demgemäß die Axialbewegungen des inne­ ren Stößels 10 hydraulisch auf den äußeren Stößel 11 übertragen werden. Damit Nocken 8 die Oberkante des äußeren Stößels 11 nicht berührt, ist der innere Stößel 10 durch Verkleinerung des Grund­ kreises des Nockens 8 gegenüber der Oberkante des äußeren Stößels 11 in der Grundkreisstellung hochgezogen.

Von Vorteil bei dieser Konstruktion ist nicht nur der in Richtung der Ventilachse gedrängte Aufbau im Bereich der durch die beiden Stößel 10 und 11 gebildeten Anordnung, sondern auch die Tatsache, daß lediglich eine einzige Dichtfläche zur dichten Begrenzung des Druckraums 16 erforderlich ist, nämlich zwischen dem Außenumfang des hochgezogenen Bereichs 13 einerseits und dem Innenumfang des Mantelbereichs des inneren Stößels 10 andererseits.

Eine weitere Verkürzung der Baulänge bei sicherer axialer Führung im Zylinderkopf 1 ist dadurch erreicht, daß der äußere Stößel 11 mit einem einen Bestandteil seiner Axialführung bildenden Kragen 25 den Ventilteller 6 und das obere Ende der Ventilschließfeder 5 übergreift.

Diese Vorteile weist auch die Konstruktion nach Fig. 2 auf. Sie unterscheidet sich von derjenigen nach Fig. 1 durch eine andere Konstruktion des äußeren Stößels, so daß für die übrigen Bestand­ teile dieselben Bezugszeichen wie in Fig. 1 verwendet wurden.

Auch hier weist der jetzt allgemein mit 30 bezeichnete äußere Stö­ ßel einen inneren hochgezogenen Bereich 31 auf, der zur Aufnahme des Ventilspielausgleichselements 14 dient, jedoch bildet dieser Bereich 31 jetzt nicht die axiale Führung für den inneren Stößel 10. Dieser ragt vielmehr in einen Ringbereich 32, der einen Be­ standteil des Druckraum 16 bildet, zwischen dem hochgezogenen Be­ reich 31 einerseits und dem ihn umgebenden, hohl ausgeführten Be­ reich 33 des äußeren Stößels 30 hinein, der eine den Mantel des inneren Stößels 10 jetzt von außen umgebende dichte Axialführung des inneren Stößels 10 bildet. Außerhalb des Führungsbereichs für den inneren Stößel 10 erkennt man bei 34 Strömungswege zur Verbindung des Druckraums 16 mit der zylinderkopfseitigen Ringnut 35 und demzufolge mit der äußeren Druckmittelzufuhr 21 einschließlich des Steuerventils 22.

Mit der Erfindung ist demgemäß ein gattungsgemäßer variabler Ventiltrieb geschaffen, der den Vorteil einer kleinen Baulänge und geringer bewegter Massen besitzt.

Claims (7)

1. Variabler Ventiltrieb für ein Hubventil, insbesondere ein Ladungswechselventil einer Brennkraftmaschine, mit einem unter der Wirkung eines ersten Nockens axial verschieb­ baren inneren Tassenstößel und einem diesen axial verschiebbar führend umschließen­ den äußeren Stößel, der unter der Wirkung zumindest eines mit dem ersten Nocken synchronisierten zweiten Nockens axial verschiebbar gelagert ist und eine den Nocken abgekehrte Abstützfläche für das federbelastete Hubventil besitzt, und mit einer äußeren, ein Steuerventil enthaltenden Druckmittelzufuhr zu einer von den beiden Stößeln dicht umschlossenen Druckkammer zur aufhebbaren hydraulischen Kopplung des inneren Stößels mit dem äußeren Stößel, dadurch gekennzeichnet, daß die Abstützfläche (12) durch einen innerhalb des inneren Stößels (10) verlaufenden, in Richtung auf die Nocken (8, 9) hochgezogenen Bereich (13) des äußeren Stößels (11) gebildet ist und sich zwischen diesem Bereich (13) und einem Bodenbereich des inneren Stößels (10) der Druckraum (16) erstreckt, der dauernd über Strömungswege (20) im äußeren Stößel (11) mit der äußeren Druckmittelzufuhr (21) in Verbindung steht.

2. Ventiltrieb nach Anspruch 1, dadurch gekennzeichnet, daß im hochgezogenen Bereich (13) des äußeren Stößels (11) ein sich an der Abstützfläche (12) axial abstützendes Ventilspielausgleichselement (14) angeordnet ist.

3. Ventiltrieb nach Anspruch 1 oder 2, dadurch gekennzeichnet, daß der äußere Stößel (11) mit einem seiner axialen Führung dienenden Kragen (25) einen Federteller (6) für eine Ventilschließfeder (5) übergreift.

4. Ventiltrieb nach einem der Ansprüche 1 bis 3, dadurch gekennzeichnet, daß der hochgezogene Bereich (13) des äußeren Stößels (11) die dichtende axiale Führung des inneren Stößels (10) bildet.

5. Ventiltrieb nach Anspruch 4, dadurch gekennzeichnet, daß in einem Ringraum (18) zwischen dem inneren Stößel (10) und einem diesen umgebenden Bereich (17) des äußeren Stößels (11) eine Feder (19) zum zumindest zeitweisen Abheben des inneren Stößels (10) vom ersten Nocken (8) bei druckentlasteter Druckkammer (16) angeordnet ist.

6. Ventiltrieb nach einem der Ansprüche 1, bis 5, dadurch gekennzeichnet, daß Strömungs­ wege (20) zum Druckraum (16) in dem hochgezogenen Bereich (13) des äußeren Stößels (11) eingearbeitet sind.

7. Ventiltrieb nach einem der Ansprüche 1 bis 3, dadurch gekennzeichnet, daß der innere Stößel (10) in einen einen Bestandteil des Druckraums (16) bildenden Ringraum (32) zwischen dem hochgezogenen Bereich (31) des äußeren Stößels (30) und einer Außenwand (33) desselben eintaucht, die die dichtende axiale Führung des inneren Stößels (10) bildet und in die außerhalb der axialen Führung Strömungswege (34) zum Druckraum (16) eingearbeitet sind.