DE4226503A1 - Vorrichtung zum Betätigen der Gaswechselventile einer Brennkraftmaschine - Google Patents

Description

Die Erfindung betrifft eine Vorrichtung zum Betätigen der Gaswechselventile einer Brennkraftmaschine gemäß dem Oberbegriff des Patentanspruches 1.

Aus der DE-41 00 763 A ist eine gattungsgemäße Vorrichtung bekannt, bei der zum wahlweisen Abschalten von Gaswechselventilen auf einer Nockenwelle verdrehbare Nocken durch Ausfahren eines Radialbolzens formschlüssig mit der Nockenwelle verbunden werden. Dieser Radialbolzen ist in der Nockenwelle geführt und wird hydraulisch in eine korrespondierende Ausnehmung der Nocke eingefahren.

Der Erfindung liegt die Aufgabe zugrunde, eine gattungsgemäße Ventilbetätigung derart zu verbessern, daß eine erhöhte Betriebssicherheit gewährleistet ist.

Die Lösung dieser Aufgabe gelingt mit den Merkmalen des Patentanspruches 1. Vorteilhafte Ausgestaltungen sind in den Unteransprüchen gekennzeichnet.

Wenn bei einer gattungsgemäßen Vorrichtung ein radial aus der Nockenkontur ausfahrbarer Arretierstift in einer die Schaltnocke durchsetzenden Durchgangsöffnung angeordnet ist, so ist die Schaltnocke durch den ausgefahrenen Arretierstift an einer unkontrollierten Rotation gehindert und bleibt in einer vorbestimmten relativen Winkellage stehen. Eine unkontrollierte Rotation der Schaltnocke würde dazu führen, daß die Nocke beim Anlaufen der Nockenerhebung auf z. B. einen Tassenstößel in einer nicht genau vorhersehbaren Position stehenbleiben würde. Durch die Lage der arretierten Schaltnocke ist eine ausreichende Zeitdauer zum Ausfahren des Radialbolzens aus der Nockenwelle sichergestellt.

Gemäß einer vorteilhaften Weiterbildung sind die mit dem Kopf des ausgefahrenen Radialbolzens korrespondierende Aufnahme und die Durchgangsöffnung diametral gegenüberliegend angeordnet, wobei der in die Nockenwelle einfahrende Radialbolzen mittels eines angeformten Zapfens den Arretierstift ausfährt.

In einer anderen vorteilhaften Weiterbildung wird der Arretierstift von einem in der Nockenwelle angeordneten Deckel mit einer angeformten Schräge ausgefahren. Hierbei kann die Lage des Arretierstiftes relativ zu der Aufnahme in bestimmten Bereichen frei gewählt werden.

Zur Unterstützung der exakten Positionierung der abgeschalteten Nocke ist eine elektronische Steuerung vorgesehen, die in Abhängigkeit verschiedener Brennkraftmaschinenparameter und/oder von manuellen Eingaben den notwendigen Öldruck bereitstellt. Die Positionierung wird dabei durch ein vorteilhaftes Zusammenwirken dieser Steuerung mit der Geometrie einer das Öl in die Nockenwelle einsteuernden Nut erzielt.

Die Erfindung wird nachfolgend beispielhaft anhand einer Zeichnung erläutert.

Es zeigen:

Fig. 1 Teilstück einer Nockenwelle einer ersten Ausführung der Erfindung,

Fig. 2 einen Schnitt entlang der Linie II-II gemäß Fig. 1,

Fig. 3 einen Schnitt entlang der Linie III-III gemäß Fig. 1,

Fig. 4 Teilstück einer Nockenwelle einer zweiten Ausführung der Erfindung,

Fig. 5 einen Schnitt entlang der Linie V-V gemäß Fig. 4 und

Fig. 6 einen Schnitt entlang der Linie VI-VI gemäß Fig. 4.

Eine Einlaßventile betätigende Nockenwelle 1 einer Brennkraftmaschine wird über ein Kettenrad 2 angetrieben. Ein Einlaßventil 3 eines Zylinders wird mittels einer Festnocke 4 über einen Tassenstößel 5 entgegen einer Ventilfeder 6 betätigt.

Ein weiteres, nicht gezeigtes Einlaßventil desselben Zylinders wird von einem auf der Nockenwelle 1 drehbar gelagerten Schaltnocken 7 betätigt. Er ist durch einen Radialbolzen 8, der verschiebbar in der Nockenwelle 1 gehalten ist, mit ihr verbindbar.

Die Nockenwelle 1 weist eine Zentralbohrung 9 auf, die eine Aufnahmebohrung 10 für den Radialbolzen 8 durchsetzt und von der ein Abschnitt 11 durch zwei Stopfen 12 begrenzt ist.

Im Bereich eines Lagers 13 für die Kurbelwelle 1 ist der Abschnitt 11 über eine radiale Bohrung 14 mit einer Nut 15 verbunden, diese wiederum ist an eine Druckölleitung 16 angeschlossen.

Fig. 2 zeigt den Radialbolzen 8 in nicht geschaltetem Zustand. Dabei liegt ein zylindrischer Kopf 17 des Radialbolzens 8 innerhalb der Nockenwelle 1, die sich frei innerhalb der Schaltnocke 7 drehen kann. Eine sich an einer Schulter 18 und einem Teller 19 abstützende Druckfeder 20 hält den Radialbolzen 8 in der gezeigten Lage.

Die Schaltnocke 7 weist im Bereich ihrer maximalen Nockenerhebung 21 eine mit dem Kopf 17 korrespondierende, als Bohrung 22 ausgebildete Aufnahme auf, in die dieser im geschalteten Zustand gemäß Fig. 1 einfährt. Der hierfür notwendige Öldruck wird über die als Kreissegment ausgebildete Nut 15 intermittierend zugeführt.

In eine der Nockenerhebung 21 diametral gegenüberliegende Durchgangsbohrung 23 der Schaltnocke 7 ist eine Führungshülse 24 eingesetzt, in der ein radial aus der Nockenkontur ausfahrbarer Arretierstift 25 angeordnet ist. Ein Außendurchmesser der Führungshülse 24 ist dabei identisch mit dem Innendurchmesser der Bohrung 22. Somit kann bei der Herstellung der Schaltnocke 8 in einfacher Weise die Bohrung 22 eingebracht werden. In die Aufnahmebohrung 10 für den Radialbolzen 8 ist ein magnetischer Deckel 26 eingesetzt.

Die Druckölleitung 16 ist an eine Verteilerleitung 27 angeschlossen, welche über weitere Druckölleitungen 16 mit allen Zylindern der Brennkraftmaschine verbunden ist. Eine Ölpumpe speist über einen Zulauf 28 die Verteilerleitung 27. Der Zulauf 28 weist ein sperrbares Ventil 29 auf, welches von einer elektronischen Steuerung 30 in Abhängigkeit der Brennkraftmaschinendrehzahl n und der Öltemperatur T geöffnet bzw. gesperrt wird.

Soll die Schaltnocke 7 aus dem in Fig. 2 gezeigten, abgeschalteten Zustand gemäß der Fig. 1 zugeschaltet werden, so wird Ventil 29 geöffnet. Beim Überlaufen der Nut 15 durch Bohrung 14 wirkt über die Zentralbohrung 9 Drucköl auf die Unterseite des Kopfes 17, so daß dieser entgegen der Druckfeder 20 zunächst in eine Rampe 30 und anschließend in die Bohrung 22 einfährt. Zuvor in dieser Bohrung 22 befindliches Öl wird über eine Entlastungsbohrung 31 abgeführt und gewährleistet die Schmierung zwischen Schaltnocke 7 und Tassenstößel 5. Die formschlüssige Verbindung zwischen Nockenwelle 1 und Schaltnocke 7 bewirkt eine synchrone Drehung beider Teile und während der ersten Umdrehung nach dem Zuschalten ein Einfahren des Arretierstiftes 25, welcher dadurch an dem magnetischen Deckel 26 haftet. Über die Entlastungsbohrung 32 fließt ständig ein geringer Leckölstrom ab.

Zum Abschalten der Schaltnocke 7 wird Ventil 29 geschlossen. Solange sich Bohrung 14 in dem nicht mit der Nut 15 versehenen Teil des Lagers 13 befindet, bleibt der Öldruck trotz der Entlastungsbohrung 32 so hoch, daß der Formschluß zwischen Nockenwelle 1 und Schaltnocke 7 erhalten bleibt. Überläuft Bohrung 14 anschließend Nut 15, fällt der Druck soweit ab, daß die Druckfeder 20 den Radialbolzen 8 in die Nockenwelle zieht und dadurch den Formschluß aufhebt.

Der Winkel, über den sich das Kreissegment der Nut 15 erstreckt, ist kleiner als 180° Grad. Hierdurch ist einerseits bei zugeschaltetem Schaltnocken 8 eine ausreichende Versorgung mit Drucköl während des Überlaufens der Nut 15 durch die Bohrung 14 gewährleistet, andererseits ist nach dem Schließen des Ventiles 29 ein Druckabbau in einer solchen relativen Winkelstellung der Schaltnocke 8 zum Tassenstößel 5 sichergestellt, daß der Arretierstift 25 vor dem Überlaufen dieses Stößels 5 ausgefahren wird.

Die Nockenwelle 1 rotiert frei in der Schaltnocke 7, wobei der Deckel 26 beim ersten Überlaufen des Arretierstiftes 25 diesen mittels einer Schräge 33 ausschiebt. In Folge dessen bleibt die Schaltnocke 7 in einer definierten Stellung gemäß Fig. 2 stehen. Diese Stellung gewährleistet, daß bei erneut über das geöffnete Ventil 29 anliegendem Öldruck eine ausreichend lange Zeit während des Grundkreises 34 der Schaltnocke 7 zum Einfahren des Kopfes 17 in die Bohrung 22 zur Verfügung steht.

Mit dieser Ausführung kann die relative Lage des Arretierstiftes 25 zu der Bohrung 22 im Bereich des Grundkreises 34 frei gewählt werden. Ist die Bohrung 22 gemäß Fig. 2 im Bereich der Nockenerhebung 21 angeordnet, kann der Arretierstift 25 beispielsweise gegenüber der in Fig. 2 gezeigten Lage im Gegenuhrzeigersinn verschoben angeordnet sein. Hierdurch wird die Zeit, die der Schaltnocken 8 nach dem Öffnen des Ventiles 29 auf seinem Grundkreis 34 läuft, verlängert.

In einer zweiten Ausführung der Erfindung gemäß der Fig. 4 bis 6 wurden für identische Bauteile die gleichen Bezugszeichen wie in den Fig. 1 bis 3 verwendet.

Jedem Zylinder der Brennkraftmaschine ist an Stelle des einzelnen Ventiles 29 im Zulauf 28 ein eigenes Ventil 29 in der Druckölleitung 16 zugeordnet und die Nut 15 ist kreisringförmig in das Lager 13 eingestochen. Die Steuerung 30 betätigt jedes Ventil 29 zylinderselektiv.

An der vom Kopf 17 abgewandten Seite weist der Radialbolzen 8 einen den Deckel 26 durchsetzenden Zapfen 35 auf, der bei abgeschaltetem Öldruck und in die Nockenwelle 1 einfahrendem Radialbolzen 8 mit dem Arretierstift 25 in Anlage steht und diesen ausfährt.

Im zugeschalteten Zustand der Schaltnocke 7 haftet der Arretierstift 25 an dem magnetischen, mit einer Durchgangsbohrung 36 für den Zapfen 35 versehenen Deckel 26.

Bei dieser Ausführung liegt der Arretierstift 25 der Bohrung 22 diametral gegenüber, diese muß jedoch nicht im Bereich der Nockenerhebung 21 liegen.

In beiden Ausführungen der Erfindung kann das Zu- bzw. Abschalten der Schaltnocke 8 in Abhängigkeit von zumindest einem Brennkraftmaschinenparameter, der Drehzahl n, erfolgen. Ebenso können weitere Parameter, wie z. B. der Drosselklappenwinkel K, als Lastinformation der Steuerung 30 zugeführt werden. Die Steuerung der Ventile 29 kann auch durch eine adaptiv ausgelegte Steuerung 30 erfolgen. Hierbei wird gemäß Fig. 4 über einen weiteren Eingang 37 beispielsweise ein Signal über die zeitliche Änderung des Drosselklappenwinkels K als ein Maß für die Dynamik des Fahrbetriebes eines mit dieser Vorrichtung ausgestatteten Kraftfahrzeuges erfaßt. Eine bewußt ruhige Fahrweise ohne Dynamiksprünge verschiebt dabei das Schalten des Schaltnockens 7 in ökonomische Drehzahlbereiche der Brennkraftmaschine. Bei betont sportlicher Fahrweise wird das Schalten in Bereiche verschoben, die optimale Werte für Leistung und Drehmoment liefern.

In Abwandlung davon kann ein manuell zu betätigender Schalter 38 vorgesehen sein, der ein Umschalten zwischen einer ökonomischen und einer sportlichen Fahrweise gemäß in der Steuerung 30 abgespeicherter, festgelegter Kennfelder gestattet. Aus diesen Kennfeldern werden Werte zum Schalten der Schaltnocken 7 in Abhängigkeit der Drehzahl n ausgelesen.

Das Verschieben des Radialbolzens 8 in die ausgefahrene Stellung erfolgt über einen Differenzöldruck. Im abgeschalteten Zustand wird über die Entlastungsbohrung 32 und die Durchgangsbohrung 36 ein Leckölstrom mit z. B. 0,2 bar Druck abgeführt. Die Druckfeder 20 ist dementsprechend vorgespannt. Zum Ausfahren des Radialbolzens 8 wird der Öldruck auf z. B. 1,2 bar erhöht, so daß das Zuschalten der Schaltnocke 7 mit einem Differenzöldruck von ca. 1 bar erfolgt.

Claims (16)

1. Vorrichtung zum Betätigen der Gaswechselventile einer Brennkraftmaschine, mit mindestens einem drehbar auf einer Nockenwelle gelagerten Schaltnocken, der mittels einer einen in der Nockenwelle geführten Radialbolzen aufweisenden Kuppelvorrichtung durch hydraulisches Verschieben des Radialbolzens in eine Aufnahme der Nockenwelle mit dieser formschlüssig verbindbar ist, gekennzeichnet durch eine die Schaltnocke (7) durchsetzende Durchgangsöffnung (23), in der ein radial aus der Nockenkontur ausfahrbarer Arretierstift (25) angeordnet ist.

2. Vorrichtung nach Anspruch 1, dadurch gekennzeichnet, daß die Aufnahme als eine mit einem Kopf (17) des Radialbolzens (8) korrespondierende Bohrung (22) ausgeführt ist und ihr diametral gegenüberliegend die Durchgangsöffnung (23) angeordnet ist.

3. Vorrichtung nach Anspruch 2, dadurch gekennzeichnet, daß der Radialbolzen (8) auf seiner dem Kopf (17) gegenüberliegenden Seite einen Zapfen (35) aufweist, welcher bei in die Nockenwelle (1) einfahrendem Radialbolzen (8) mit dem Arretierstift (25) in Anlage steht und diesen ausfährt.

4. Vorrichtung nach Anspruch 3, dadurch gekennzeichnet, daß in eine den Radialbolzen (8) lagernde Aufnahmebohrung (10) der Nockenwelle (1) ein Deckel (26) eingesetzt ist, welcher von dem Zapfen (35) durchsetzt ist.

5. Vorrichtung nach Anspruch 1, dadurch gekennzeichnet, daß in einer den Radialbolzen (8) lagernden Aufnahmebohrung (10) der Nockenwelle (1) ein Deckel (26) eingesetzt ist, welcher mittels einer Schräge (33) beim Überlaufen der Durchgangsöffnung (23) mit dem Arretierstift (25) in Anlage steht und diesen ausfährt.

6. Vorrichtung nach Anspruch 4 oder 5, dadurch gekennzeichnet, daß die Aufnahmebohrung (10) von einer in der Nockenwelle (1) verlaufenden Zentralbohrung (9) durchsetzt ist, welche mit einem Öl führenden Zulauf (28) zusammenwirkt, der ein von einer elektronischen Steuerung (30) betätigtes, sperrbares Ventil (29) aufweist.

7. Vorrichtung nach Anspruch 6, dadurch gekennzeichnet, daß die Nockenwelle (1) eine in die Zentralbohrung (9) mündende Radialbohrung (14) aufweist, welche im Bereich eines Lagers (13) der Nockenwelle (1) angeordnet unter Zwischenschaltung einer in diesem Lager (13) angeordneten Nut (15) mit dem Zulauf (28) zusammenwirkt.

8. Vorrichtung zum Betätigen der Gaswechselventile einer mehrzylindrigen Brennkraftmaschine nach Anspruch 7, dadurch gekennzeichnet, daß jedem Zylinder ein Ventil (29) zugeordnet und die Nut (15) kreisringförmig ausgebildet ist.

9. Vorrichtung zum Betätigen der Gaswechselventile einer mehrzylindrigen Brennkraftmaschine nach Anspruch 7, dadurch gekennzeichnet, daß allen Zylindern ein gemeinsames Ventil (29) zugeordnet und die Nut (15) kreissegmentförmig ausgebildet ist.

10. Vorrichtung nach Anspruch 9, dadurch gekennzeichnet, daß sich die Nut (15) über einen Winkel von weniger als 180° Grad erstreckt.

11. Vorrichtung nach Anspruch 2 oder 5, dadurch gekennzeichnet, daß die Bohrung (22) mittels einer Entlastungsbohrung (32) mit der Nockenkontur verbunden ist.

12. Vorrichtung nach Anspruch 2 oder 5, dadurch gekennzeichnet, daß die Bohrung (22) im Bereich der maximalen Nockenerhebung (21) angeordnet ist.

13. Vorrichtung nach Anspruch 8 oder 10, dadurch gekennzeichnet, daß die elektronische Steuerung (30) einen oder mehrere Brennkraftmaschinenparameter (Drehzahl n, Öltemperatur T, Drosselklappenwinkel K) verarbeitet.

14. Vorrichtung nach Anspruch 13, dadurch gekennzeichnet, daß über einen Eingang (37) der Steuerung (30) ein Signal über die zeitliche Änderung des Drosselklappenwinkels (K) zugeführt ist.

15. Vorrichtung nach Anspruch 13, dadurch gekennzeichnet, daß ein manuell zu betätigender Schalter (38) mit der Steuerung (30) verbunden ist, wobei mit diesem Schalter (38) in der Steuerung (30) abgespeicherte Kennfelder anwählbar sind, welche das Ventil (29) steuern.

16. Vorrichtung nach Anspruch 2 oder 5, dadurch gekennzeichnet, daß die Durchgangsöffnung (23) im Bereich des Grundkreises (34) der Schaltnocke (7) angeordnet ist.