DE4227927A1 - Mechanismus zum Umschalten einer Brennkraftmaschine von einer Betriebsart auf eine andere Betriebsart - Google Patents

Description

Die Erfindung bezieht sich auf einen Mechanismus gemäß dem Gattungsbegriff des Patentanspruches 1.

Aus DE-OS 30 26 529 ist es bekannt, zwischen einer Nockenwelle und einer Stößelstange zur Betätigung eines Auslaßventils ein hydraulisches Gestänge zwischenzuschalten. Die Nockenwelle trägt einen Auslaßnocken, der zunächst einen als Zylinder fun­ gierenden Stößel betätigt. Der Stößel weist in seinem Inneren einen Nehmerkolben auf, welcher seine Bewegung auf die Stößel­ stange weitergibt und über einen Kipphebel das Auslaßventil be­ tätigt. Zur Aktivierung des Nehmerkolbens im Bremsbetrieb ist eine Absteuerbohrung vorgesehen, die mit einer externen Steuer­ einrichtung in Verbindung steht. Die Steuereinrichtung ist als eine mehrzylindrige Pumpe ausgebildet, welche bei Betätigung einer Motorbremse den Geberkolben mit Drucköl beaufschlagt und somit das Auslaßventil auch im Verdichtungstakt öffnen kann. Eine derartige Einrichtung erfordert durch die Pumpe einen hohen baulichen Aufwand. Zwischen Pumpe und Geberkolben ist eine relativ lange Druckleitung erforderlich, die durch die Laufzeit der Druckwellen von der Pumpe zu den Geberkolben die Steuerzeiten ungünstig beeinflußt.

Ausgehend von einer Motorbremse entsprechend dem Gattungsbe­ griff des Patentanspruches 1 liegt der Erfindung die Aufgabe zugrunde, einen Mechanismus zur Umschaltung von einer Betriebs­ art auf eine andere Betriebsart, beispielsweise von Viertakt- Motorbetrieb auf Zweitakt-Bremsbetrieb zu schaffen.

Gelöst wird diese Aufgabe durch die kennzeichnenden Merkmale des Patentanspruches 1.

Durch den Rundschieber werden die Geberkolben und Nehmerkolben auf kürzestem Wege verbunden.

Eine vorteilhafte Ausbildung des Rundschiebers ist den Merkmalen des Anspruches 2 zu entnehmen.

Durch die vier Steuerbohrungen des Rundschiebers ist es allein durch dessen axiale Verschiebung möglich, von Motor- auf Brems­ betrieb umzuschalten. Die Geber- und Nehmerkolben werden auf kürzestem Wege mittels Hydraulikgestänge verbunden, wodurch die Ventilerhebungen exakt einhaltbar sind. Eine zusätzliche Beein­ flussung der Bewegung der Nehmerkolben ist durch die Steuerven­ tile möglich.

Eine Weiterbildung des Steuerventils ist durch Anspruch 3 ge­ geben. Die Elektronik gestattet es die hydraulische Verbindung von Geber- und Nehmerkolben zu unterbrechen, wenn sich der Ge­ berkolben gerade auf dem Grundkreis eines der Nocken befindet, wodurch vermieden wird, daß ein gerade geöffnetes Ventil ab­ stürzt, oder ein Öffnungsstoß an der auflaufenden Nockenflanke erfolgt. Das Kugelventil des Steuerventils fungiert als Rück­ schlagventil zur Nachfüllung von Leckageverlusten.

Die Unteransprüche 4 bis 12 zeigen die Variationsmöglichkeiten, die sich aus dem Mechanismus zum Umschalten nach den Patentan­ sprüchen 1 bis 3 ergeben.

Ein besonderer Vorteil ist darin zu sehen, daß das Umschalten von einer Betriebsart in eine andere Betriebsart allein dadurch bewerkstelligt werden kann, daß man die Erhebungen der Nocken­ welle variiert und/oder das Übersetzungsverhältnis von Nocken­ welle zu einer Kurbelwelle der Brennkraftmaschine von 2 : 1 auf 1 : 1 oder umgekehrt verändert, ohne daß weitere Änderungen am erfindungsgemäßen Mechanismus selbst erforderlich wären.

Ein Ausführungsbeispiel des erfindungsgemäßen Umschaltmechanis­ mus ist in Zeichnungen dargestellt. Es zeigt:

Fig. 1 eine Seitenansicht des Umschaltmechanismus;

Fig. 2 einen Schnitt durch Geber- und Nehmerkolben mit Rundschieber und Steuerventil;

Fig. 3 ein Steuerdiagramm für den Zweitakt-Bremsbetrieb.

Jeder Zylinder einer Brennkraftmaschine weist ein Einlaß- und ein Auslaßventil auf, wobei das Einlaßventil nach Fig. 1 durch eine erste Stößelstange 1 und das Auslaßventil durch eine zweite Stößelstange 2 betätigt wird. Die Kraftübertragung von einer Nockenwelle 3 auf die beiden Stößelstangen 1, 2 erfolgt mittels hydraulischer Gestänge 4. Jedes der Gestänge 4 wird aus Geberkolben 5 bis 8, aus zwei Nehmerkolben 9 und 10 und einem Rundschieber 11 mit Steuerbohrungen 12 bis 15 gebildet. Der Rundschieber 11 dient erfindungsgemäß dem Umschalten von einer Betriebsart auf eine andere Betriebsart.

In der in Fig. 1 gezeichneten Stellung des Rundschiebers 11 wird beispielsweise als Ausgangsbetriebsart im Viertakt-Motor­ betrieb gefahren und anschließend auf Zweitakt-Bremsbetrieb um­ geschaltet. Ein erster Einlaß- und ein erster Auslaßnocken 16, 17 der Nockenwelle 3 betätigt den ersten und dritten Geberkolben 5, 7. Da alle vier Geberkolben baugleich sind wurde zur Erläuterung nur der erste Geberkolben 5 näher dargestellt. Der erste Geber­ kolben 5 ist über die erste Steuerbohrung 12 im Rundschieber 11 mit dem ersten Nehmerkolben 9 verbunden, welcher über die erste Stößelstange 1 das nicht dargestellte Einlaßventil betätigt. Der dritte Geberkolben 7 ist über die dritte Steuerbohrung 13 mit dem zweiten Nehmerkolben 10 verbunden, welcher über die zweite Stößelstange 2 das ebenfalls nicht dargestellte Auslaßventil betätigt.

Auf der Nockenwelle 3 ist neben dem ersten Einlaß- und zweiten Auslaßnocken 16, 17 noch zweiten Einlaß- und zweiten Auslaß­ nocken 18, 19 vorgesehen, die mit den zweiten und vierten Ge­ berkolben 6, 8 zusammenwirken.

In der gezeigten Stellung des Rundschiebers 11 ist der zweite und vierte Geberkolben 6, 8 über eine im Rundschieber 11 ange­ ordnete Umfangsnut 20 und eine Ausgleichsbohrung 21 mit einem in Fig. 2 dargestellten Ausweichkolben 22 verbunden. Durch die Ausgleichsbohrung 21 im Zusammenwirken mit dem Ausweichkolben 22 kann die von den Geberkolben 6, 8 geförderte Flüssigkeitsmenge abgespeichert werden. Der Rundschieber 11 kann durch eine Feder 22a in der Stellung Motorbetrieb gehalten werden. Die Ölversor­ gung des Systems wird über die Saugbohrung 21 und die Nut 24d sichergestellt. Die Nut 24d (Fig. 2) verbindet über ein Kugel­ ventil 24c die Absteuerbohrungen 24a und 24b mit der Saugboh­ rung 21.

Die Umschaltung auf den Zweitakt-Bremsbetrieb erfolgt durch Verschiebung des Rundschiebers 11 mittels Hydraulikdruck bis zum Anschlag 23. Die Verschiebung des als Kolben ausgebildeten Rundschiebers 11 erfolgt durch Hydraulikflüssigkeit, welche über eine Steuerbohrung 24 zugeführt wird. Nach Verschiebung des Rundschiebers 11 wird der zweite Geberkolben 6 über die zweite Steuerbohrung 14 mit dem Nehmerkolben 9 und der vierte Geberkolben 8 über die vierte Steuerbohrung 15 mit dem zweiten Nehmerkolben 10 verbunden.

Zur Speicherung der von dem ersten und dritten Geberkolben 5, 7 geförderten Flüssigkeitsmenge werden diese wiederum mittels der Umfangsnut 20 mit der Saugbohrung 21 verbunden.

Die Nehmerkolben 9, 10 können über die Absteuerbohrungen 24a, 24b, die Kugelventile 24c, die Nut 24d und die Saugbohrung 21 mit einer nicht dargestellten Ölversorgung verbunden werden. Die Absteuerbohrungen 24a, 24b können durch Steuerventile 25 (Fig. 2) gesteuert werden. Vor der Umsteuerung des Rundschie­ bers 11 werden die Absteuerungsbohrungen 24a, 24b durch die Magnetventile 25 geöffnet und zwar nur dann, wenn gerade der mit einem Nehmerkolben hydraulisch kommunizierende Geberkolben auf einem Grundkreis seines zugehörigen Nockens sitzt.

Fig. 2 zeigt im Schnitt durch Geber- und Nehmerkolben den Me­ chanismus zur Umsteuerung. Die Nockenwelle 3 - beispielsweise mit erstem Einlaßnocken 16 - treibt den als Rollenstößel ausge­ bildeten ersten Geberkolben 5. Über die erste Steuerbohrung 12 im Rundschieber 11 pflanzt sich der Hydraulikdruck auf den er­ sten Nehmerkolben 9 und die erste Stößelstange 1 auf das nicht dargestellte Einlaßventil fort.

Wenn der Rundschieber 11 von der in Fig. 1 gezeigten Motorstel­ lung auf Bremsstellung umgesteuert werden soll, wird zunächst mittels Steuerventil 25 das Kugelventil 24c von seinem Sitz an­ gehoben und die Absteuerbohrung 24a geöffnet, und zwar in einer Phase, in der sich der Rollenstößel des Geberkolbens auf dem Grundkreis des ersten Einlaßnockens 16 befindet. Die Hydraulik­ flüssigkeit wird dann über die Absteuerbohrung 24a, das durch das Steuerventil 25 geöffnete Kugelventil 24c und die Nut 24d in die Saugbohrung 21 des Ölversorgungssystems gefördert. Würde nämlich das Steuerventil 25 öffnen, wenn sich der Rollenstößel des Geberkolbens 5 auf der Nockenerhebung befindet, wenn also das Einlaßventil geöffnet ist, würde dieses durch plötzlichen Druckabbau unter dem Nehmerkolben 9 abstürzen und durch Auf­ schlagen auf den Ventilsitz Schaden nehmen. Um bei Fehlschaltung des Steuerventils 25 eine Beschädigung der Ventilsitze der Gas­ wechselventile auszuschließen, könnten die Nehmerkolben 9 und 10 mit einer hydraulischen Endlagendämpfung 26 ausgestattet werden.

Die Regelung des Steuerventils 25 ist ohne weiteres mit einer Elektronik möglich, welche über einen OT-Markengeber die Phasen­ lage der Nockenwelle 3 und des Einlaßnockens 16 erkennt. Gleiches gilt natürlich für die übrigen Geberkolben 6 bis 8.

Die nicht mit den beiden Nehmerkolben 9, 10 verbundenen Geber­ kolben fördern über die Ausgleichsbohrung 21 in einen Raum des Ausweichkolbens 22, welcher durch Federkraft belastet ist und dem geförderten Flüssigkeitsvolumen elastisch folgen kann.

Fig. 3 zeigt eine vorteilhafte Steuerung der Ein- und Auslaß­ ventile im Zweitakt-Bremsbetrieb, wie sie in DE-PS 39 00 739 vorgeschlagen wurde. Dabei öffnet das Auslaßventil kurz nach Ansaug-UT, so daß aus dem Auspuffrohr Abgas zurückströmt und den Druck vor der Verdichtung erhöht und somit das gesamte Druckniveau anhebt und die Bremsleistung steigert.

Entsprechend den Unteransprüchen 4 bis 12 kann allein durch Variation der Ein- und Auslaßnocken (16 bis 19) und durch Ände­ rung des Übersetzungsverhältnisses zwischen Nockenwelle 3 und der antreibenden Kurbelwelle jede denkbare Betriebsart einge­ stellt werden, ohne daß der Mechanismus zum Umschalten geändert werden muß.

Claims (12)

1. Mechanismus zum Umschalten einer Brennkraftmaschine von einer Betriebsart auf eine andere Betriebsart, bei dem jeder Zylin­ der mindestens ein Einlaß- und ein Auslaßventil aufweist, wobei das Einlaßventil von einem Einlaßnocken und das Auslaß­ ventil von einem Auslaßnocken einer Nockenwelle unter Zwischenschaltung eines aus Geber- und Nehmerkolben beste­ henden hydraulischen Gestänges und Stößelstangen betätigbar ist und das hydraulische Gestänge eine Steuereinrichtung aufweist, dadurch gekennzeichnet, daß die Steuereinrichtung aus einem axial beweglichen und gegen Verdrehung gesicherten Rundschieber (11) gebildet wird, daß der Rundschieber Steu­ erbohrungen (12 bis 15) aufweist welche die Verbindung zwischen Geber- und Nehmerkolben (5 bis 8) und (9, 10) auf kürzestem Weg herstellen oder unterbrechen, daß die Nocken­ welle (3) neben einem ersten Einlaß- und einem ersten Aus­ laßnocken (16, 17) für die Betätigung erster und dritter Geberkolben (5, 7) noch einen zweiten Einlaß- und einen zweiten Auslaßnocken (18, 19) für die Betätigung zweiter und vierter Geberkolben (6, 8) aufweist, und daß der Rund­ schieber (11) durch eine Feder (22a) in Ruhestellung gehal­ ten wird bzw. durch Druckölbeaufschlagung umschaltbar ist.

2. Mechanismus nach Anspruch 1, dadurch gekennzeichnet, daß der Rundschieber (11) vier Steuerbohrungen (12 bis 15) auf­ weist, daß in Ruhestellung des Rundschiebers im Motorbe­ trieb der erste und dritte Geberkolben (5, 7) über eine erste und dritte Steuerbohrung (12, 13) mit dem ersten Nehmerkolben (9) des Einlaßventils und dem zweiten Nehmer­ kolben (10) des Auslaßventils verbunden ist, daß ein zweiter und vierter Geberkolben (6, 8) über eine Umfangsnut (20) im Rundschieber (11) mit einer Ausgleichsbohrung (21) verbunden ist, daß nach Umschaltung des Rundschiebers (11) auf Brems­ betrieb der zweite und vierte Geberkolben (6, 8) über eine zweite und vierte Steuerbohrung (14, 15) mit dem ersten und zweiten Nehmerkolben (9, 10) verbunden ist, während der erste und dritte Geberkolben (5, 7) mittels der Umfangsnut (20) mit der Ausgleichsbohrung (21) verbunden ist, daß jeder der Neh­ merkolben (9, 10) über eine Bohrung (24a bzw. 24b) mittels durch Steuerventile (25) betätigbaren Kugelventilen (24c) mit einer Nut (24d) und die Ausgleichsbohrung (21) mit einer Öl­ versorgung korrespondiert, und daß der als Kolben ausgebil­ dete Rundschieber (11) mittels Feder (22a) in Ruhestellung gehalten wird und mittels Beaufschlagung über eine Drucköl­ bohrung (24) im Bremsbetrieb gegen die Kraft der Feder (22a) verschiebbar und durch Anschlag (23) in seiner axialen Be­ wegung begrenzbar ist.

3. Mechanismus nach Anspruch 2, dadurch gekennzeichnet, daß die Steuerventile (25) von einer Elektronik ansteuerbar sind, und daß die Steuerventile (25) nur dann geöffnet wer­ den, wenn die über den Rundschieber (11) mit den Nehmerkol­ ben (9, 10) verbundenen Geberkolben (5, 7 bzw. 6, 8) auf einem Grundkreis der Nocken (16, 17 bzw. 18, 19) ruhen, und daß die Kugelventile (24c) als Rückschlagventile zur Nach­ füllung von Leckageverlusten ausgebildet sind.

4. Mechanismus nach einem der Ansprüche 1 bis 3, dadurch ge­ kennzeichnet, daß die Nocken (16 und 17) mit je einer Er­ hebung geeignet für einen Viertakt-Motorbetrieb und der Nocken (18) mit zwei Erhebungen und der Nocken (19) mit vier Erhebungen geeignet für einen Zweitakt-Bremsbetrieb versehen sind, wobei die Nockenwelle (3) mit halber Kur­ belwellendrehzahl läuft.

5. Mechanismus nach einem der Ansprüche 1 bis 3, dadurch ge­ kennzeichnet, daß die Nocken (16 und 17) mit je einer Er­ hebung geeignet für einen Viertakt-Motorbetrieb und der Nocken (18) mit einer Erhebung und der Nocken (19) mit zwei Erhebungen geeignet für einen Viertakt-Bremsbetrieb versehen sind, wobei die Nockenwelle (3) mit halber Kur­ belwellendrehzahl läuft.

6. Mechanismus nach einem der Ansprüche 1 bis 3, dadurch ge­ kennzeichnet, daß die Nocken (16 und 17) mit je einer Er­ hebung geeignet für einen Zweitakt-Motorbetrieb und der Nocken (18) mit einer Erhebung und der Nocken (19) mit zwei Erhebungen geeignet für einen Zweitakt-Bremsbetrieb ver­ sehen sind, wobei die Nockenwelle (3) mit Kurbelwellendreh­ zahl läuft.

7. Mechanismus nach einem der Ansprüche 1 bis 3, dadurch ge­ kennzeichnet, daß die Nocken (16 und 17) mit je einer Er­ hebung geeignet für einen Viertakt-Motorbetrieb und der Nocken (18) mit zwei Erhebungen und der Nocken (19) mit zwei Erhebungen geeignet für einen Zweitakt-Bremsbetrieb versehen sind, wobei das Öffnen des Auslaßventils um den unteren Totpunkt und das Schließen um den oberen Totpunkt erfolgt und die Nockenwelle (3) mit halber Kurbelwellen­ drehzahl läuft.

8. Mechanismus nach einem der Ansprüche 1 bis 3, dadurch ge­ kennzeichnet, daß die Nocken (16 und 17) mit je einer Er­ hebung geeignet für einen Viertakt-Motorbetrieb und der Nocken (18) mit einer Erhebung und der Nocken (19) mit einer Erhebung geeignet für einen Viertakt-Bremsbetrieb versehen sind, wobei das Öffnen des Auslaßventils um den unteren Totpunkt und das Schließen um den oberen Totpunkt erfolgt und die Nockenwelle (3) mit halber Kurbelwellen­ drehzahl läuft.

9. Mechanismus nach einem der Ansprüche 1 bis 3, dadurch ge­ kennzeichnet, daß die Nocken (16 und 17) mit je einer Er­ hebung geeignet für einen Zweitakt-Motorbetrieb und die Nocken (18 und 19) mit je einer Erhebung geeignet für einen Zweitakt-Bremsbetrieb versehen sind, wobei das Öffnen des Auslaßventils um den unteren Totpunkt und das Schließen um den oberen Totpunkt erfolgt und die Nockenwelle (3) mit Kurbelwellendrehzahl läuft.

10. Mechanismus nach einem der Ansprüche 1 bis 3, dadurch ge­ kennzeichnet, daß die Nocken (16 und 17) mit je einer Er­ hebung geeignet für einen Viertakt-Motorbetrieb und die Nocken (18 und 19) mit je zwei Erhebungen geeignet für einen Zweitakt-Motorbetrieb versehen sind, wobei die Nockenwelle (3) mit halber Kurbelwellendrehzahl läuft.

11. Mechanismus nach einem der Ansprüche 1 bis 3, dadurch ge­ kennzeichnet, daß die Nocken (16 und 17) mit je einer Er­ hebung geeignet für einen Zweitakt-Motorbetrieb und die Nocken (18 und 19) mit je einer Erhebung geeignet für einen Zweitakt-Motorbetrieb mit geänderten Ventilerhebungen versehen sind, wobei die Nockenwelle (3) mit Kurbelwellen­ drehzahl läuft.

12. Mechanismus nach einem der Ansprüche 1 bis 3, dadurch ge­ kennzeichnet, daß die Nocken (16 und 17) mit je einer Er­ hebung für einen Viertakt-Motorbetrieb und die Nocken (18 und 19) mit je einer Erhebung geeignet für einen Viertakt- Motorbetrieb mit geänderten Ventilerhebungen versehen sind, wobei die Nockenwelle (3) mit halber Kurbelwellendrehzahl läuft.