DE4336593A1 - Steuervorrichtung für Ladungswechselventile einer Brennkraftmaschine mit desaktivierbaren Nocken - Google Patents

Description

Die Erfindung betrifft eine Steuervorrichtung gemäß dem Oberbe­ griff des Patentanspruchs 1. Nocken, die nicht dauernd drehfest mit der Nockenwelle gekoppelt sind, werden auch als desaktivier­ bare Nocken bezeichnet.

Wie in der gattungbildenden DE-OS 39 20 938, F01L 1/04, im ein­ zelnen dargelegt, kann die Desaktivierung von Nocken entweder zur Abschaltung einzelner Zylinder der Maschine durch Nichtbe­ tätigung der Ventile dieser Zylinder oder bei mit mehreren Ein­ laßventilen ausgerüsteten Zylindern dazu dienen, bei niedrigen Maschinendrehzahlen und im Teillastgebiet einzelne Einlaßkanäle durch Nichtbetätigen, d. h. Nichtöffnen, der zugeordneten Ein­ laßventile zu sperren. Bekannt ist aber auch - siehe DE-OS 35 20 859, F01L 1/04 -, einem Hubventil zwei Nocken unterschiedlicher Ausbildung zuzuordnen, die durch während der Grundkreisphasen erfolgende Verschiebung eines Übertragungsglieds zwischen Ventil und Nocken in Achsrichtung der Nockenwelle abwechselnd zur Wirkung gebracht werden. Eine derartige Ventilsteuerung erlaubt also ohne Desaktivierung von Nocken eine Optimierung der Hub­ kurve des Ventils in Abhängigkeit von Betriebsparametern der Maschine durch entsprechende Auswahl jeweils eines von zwei Nocken. Technische Schwierigkeiten macht bei dieser bekannten Konstruktion die Realisierung der erforderlichen Bewegungen des Übertragungshebels parallel zur Längsachse der Nockenwelle.

Der Erfindung liegt die Aufgabe zugrunde, eine gattungsgemäße Steuervorrichtung zu schaffen, die vom Prinzip her sowohl für die Desaktivierung einzelner Ventile als auch für die Umschal­ tung der Betätigung eines Ventils zwischen zwei Nocken auslegbar ist und die die Notwendigkeit von parallel zur Nockenachse be­ wegbaren Zwischenhebeln vermeidet.

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

Ein Vorteil der Erfindung ist darin zu sehen, daß unabhängig da­ von, ob es sich um die Desaktivierung von Ventilen oder um die Umschaltung der Ventilbetätigungen zwischen zwei unterschied­ lichen Nocken handelt, stets dasselbe Prinzip der Desaktivierung einzelner Nocken, also der Aufhebung der drehfesten Kopplung zwischen diesen Nocken und der Nockenwelle, Anwendung findet, so daß irgendwelche zusätzlichen, parallel zur Nockenwellenachse zu bewegenden Einrichtungen außerhalb der Nockenwelle vermieden sind. Dabei kann zur Durchführung der Verschiebebewegungen der Nocken in an sich bereits aus der zitierten DE-OS 39 20 938 be­ kannter Weise ein hydraulisches Druckmedium Verwendung finden, das beispielsweise identisch mit dem für die Schmierölversorgung der betreffenden Maschine verwendeten Fluid ist.

Wie in den Unteransprüchen zum Ausdruck gebracht, ist für den Fall der Umschaltung der Betätigung eines Ventils von einem Nocken auf einen anderen Nocken der Doppelnocken unverschiebbar auf der Nockenwelle gehalten und mit dieser stets drehfest ge­ koppelt, während für den Fall der Ventilabschaltung der Doppel­ nocken und der dem betreffenden Ventil zugeordnete weitere Nocken gemeinsam in eine Stellung verschiebbar sind, in der nur noch der weitere Nocken drehfest mit der Nockenwelle gekoppelt ist. Das bedeutet, daß das an dieser Stelle angeordnete Ventil nunmehr von dem weiteren Nocken betätigt wird, während das dem anderen Einzelnocken zugeordnete Ventil infolge Aufhebung der drehfesten Kopplung zwischen Doppelnocken und Nockenwelle desaktiviert ist.

Die Erfindung wird nunmehr anhand von zeichnerisch dargestellten Ausführungsbeispielen erläutert. Es zeigen:

Fig. 1 in einem Längsschnitt eine erste Ausführungsform der Erfindung,

die Fig. 2 und 3 die in Fig. 1 bei II-II bzw. III-III angedeuteten Querschnitte,

Fig. 4 in einem Längsschnitt die Lage der verschiedenen Bestandteile der Steuervorrichtung gemäß Fig. 1 für den Fall des Teillastbetriebs und

die Fig. 5 und 6 Längsschnitte durch ein weiteres Ausführungsbeispiel bei Vollast- bzw. Teillastbetrieb.

In allen Fällen ist also angenommen, daß die Steuervorrichtung zum Betrieb von zwei Einlaßventilen einer Brennkraftmaschine dient, die ein und demselben Brennraum (Zylinder) der Maschine zugeordnet sind.

Betrachtet man zunächst das in den Fig. 1 bis 4 dargestellte Ausführungsbeispiel, so sind den beiden hier nicht dargestell­ ten, über Schwinghebel 1 und 2 betätigten Ventilen Einzelnocken 3 und 4 des allgemein mit 5 bezeichneten Doppelnockens und wei­ tere Nocken 6 und 7 zugeordnet, die den Doppelnocken 5 zwischen sich einschließen. Der Doppelnocken 5 enthält zwischen seinen beiden Einzelnocken 3 und 4 den rohrförmigen Verbindungsbereich 8, der von dem Nockenwellenlager 9 bekannten Aufbaus (Lagerstuhl und Lagerdeckel) umschlossen ist. Wie durch den Zylinderstift 10 angedeutet, ist der Doppelnocken 5 sowohl in axialer als auch in Umfangsrichtung auf der Nockenwelle 11 fixiert, die mit Längs- und Querkanälen 12 bzw. 13 zu Druckmittel räumen für die Einlei­ tung axialer Verschiebebewegungen der weiteren Nocken 6 und 7 versehen ist, die nur in ihrer in Fig. 1 dargestellten, im Vollastbetrieb der Brennkraftmaschine eingenommenen Stellung über stirnseitige Klauenverbindungen zu dem Doppelnocken 5 drehfest mit der Nockenwelle 11 gekoppelt sind. Betrachtet man Fig. 2, so erkennt man in diesem Ausführungsbeispiel 3 stirn­ seitige Klauen 14 an diesem, die in Fig. 1 in drehmomentüber­ tragenden Eingriff mit entsprechend gestalteten Klauen 15 an der zugekehrten Stirnseite des benachbarten Einzelnockens 3 des Doppelnockens 5 stehen. Wie in Fig. 4 dargestellt, sind die Klauen 14 und 15 mit ansteigenden Bereichen, von denen nur der mit 14′ bezeichnete erkennbar ist, versehen, um die Eingriffs­ bewegung zu erleichtern. Im einzelnen wird man, wie schon in der zitierten DE-OS 39 20 938 ausgeführt, diese Klauenflanken unter einem Neigungswinkel α verlaufen lassen, der größer als der Reibungswinkel ist, um eine sichere drehmomentübertragende Kopplung zwischen den Nocken 3 und 6 zu erzielen.

Verständlicherweise ist eine derartige Klauenkupplung auch zwischen den einander benachbarten Nocken 4 und 7 vorgesehen, die in Fig. 4 ebenfalls angedeutet ist.

In der in Fig. 1 dargestellten Lage erfolgt über die Schwinghe­ bel 1 und 2 also eine Betätigung der beiden Hubventile durch die drehfest mit dem Doppelnocken 5 gekoppelten weiteren Ventile 6 und 7, deren Umrisse außerhalb ihrer Grundkreisbereiche (die in Fig. 1 gerade in Kontakt mit den Schwinghebeln 1 und 2 sind) über den Umriß des jeweils benachbarten Einzelnockens 3 bzw. 4 hinausragen. Das bedeutet, daß beide Einlaßventile mit maximalem Öffnungsquerschnitt betrieben werden, wie für den Vollastbetrieb erforderlich.

Im Teillastbetrieb dagegen ist es zweckmäßig, beispielsweise aus Gründen der Verbesserung der Gemischbildung durch Beeinflussung der Strömung in den Einlaßkanälen den Öffnungsquerschnitt der Ventile auf kleinere Werte zu begrenzen. Zu diesem Zweck wird der Druck des Druckmittels in den Kanälen 12 und 13 und damit in den ringförmigen Druckräumen 16 und 17 zwischen festen Anschlä­ gen 18 und 18′ auf der Nockenwelle 11 einerseits und den weite­ ren Nocken 6 und 7 andererseits verringert, so daß die orts­ festen, als Stellungsarretierungen für die weiteren Nocken 6 und 7 dienenden Magnete 19 und 19′ die weiteren Nocken 6 und 7 unter Aufhebung der beschriebenen Klauenkupplungen, z. B. 14, 15, in axialer Richtung zu sich ziehen können. Wie in Fig. 4 bei 20 angedeutet, können statt dessen auch Federanordnungen vorgesehen sein. In diesem Falle handelt es sich um eine Art Federbügel 21, der mittels eines Niets 22 oder dergleichen ortsfest angeordnet ist und auf den weiteren Nocken 7 im Sinne einer Bewegung in Fig. 4 nach rechts einwirkt.

In dieser Teillaststellung sind also die beiden weiteren Nocken 6 und 7 nicht mehr drehfest mit der Nockenwelle 11 verbunden, so daß durch sie keine Bewegungsübertragung auf die Schwinghebel 1 und 2 und damit die zugeordneten Ventile erfolgt. Die Schwing­ hebel 1 und 2 liegen aber nicht nur über Gleitsteine 23 und 24 (optimal für größere Hübe) auf den weiteren Nocken 6 und 7 auf, sondern auch über Rollen 25 und 26 (zwecks Reibungsbegrenzung bei kleineren Hüben) auf den Einzelnocken 3 und 4 des Doppel­ nockens 5. Infolge Gleichheit der Grundkreisradien der verschie­ denen Nocken ist dennoch die beschriebene Abschaltung der weiteren Nocken 6 und 7 (Desaktivierung) möglich. Die Aufgabe der Ventilbetätigung übernehmen nunmehr, wie auch Fig. 4 erkennen läßt, die gegenüber den Umrissen der weiteren Nocken 6 und 7 eingezogenen Einzelnocken 3 und 4 des Doppelnockens 5, so daß die erwünschte Verkleinerung der Ventileinströmquerschnitte für den Teillastbetrieb sichergestellt ist.

Während also in dem Ausführungsbeispiel nach den Fig. 1 bis 4 der Doppelnocken 5 dauernd sowohl an Drehbewegungen als auch an Axialbewegungen relativ zur Nockenwelle 11 gehindert ist und die beiden weiteren Nocken 6 und 7 desaktivierbar sind, zeigen die Fig. 5 und 6 in Längsschnitten für den Fall des Vollastbe­ triebs bzw. des Teillastbetriebs eine Steuervorrichtung mit einem Doppelnocken 50, enthaltend die beiden Einzelnocken 51 und 52, der zwischen einer in Fig. 5 angenommenen Vollaststellung, in der er mit der Nockenwelle 53 drehfest gekoppelt ist, und einer anderen Stellung axial verschiebbar ist, in der er durch Aufhebung dieser Kopplung desaktiviert ist; ferner ist in diesem Falle nur ein weiterer Nocken 54 vorhanden, der, obwohl gemein­ sam mit dem Doppelnocken 50 axial verschiebbar, dauernd in dreh­ fester Kopplung mit der Nockenwelle 53 steht.

In diesem Fall ist angenommen, daß die Ventile direkt unter Zwischenfügung von Rollen 55 und 56 (an den Ventilschaftenden) von dem Einzelnocken 51 bzw. einem der Nocken 52 und 54 betätigt werden.

An dieser Stelle sei eingefügt, daß hinsichtlich der Bewegungs­ übertragung von den Nocken auf die Ventile die Erfindung große Freiheit bietet. So ist es, wie bereits aus dieser Erläuterung des Ausführungsbeispiels nach den Fig. 5 und 6 ersichtlich, möglich, auf die Verwendung von Schwinghebeln gemäß den Fig. 1 bis 4 zu verzichten. Schließlich ist auch der Einsatz von Tas­ senstößeln an dieser Stelle möglich.

Die Ventile sind wiederum zwei Einlaßventile, die demselben Brennraum der Maschine zugeordnet sind und drehzahl- und/oder lastabhängig gesteuert werden sollen. Betrachtet man zunächst nochmals den in Fig. 5 dargestellten Vollastfall, so dient zur drehfesten Kopplung sowohl des Doppelventils 50 als auch des weiteren Ventils 54 mit der Nockenwelle 53 zumindest ein mit seiner Längsachse parallel zur Nockenwelle 53 verlaufender Bolzen 57 (zweckmäßigerweise sind mehrere dieser Bolzen gleich­ mäßig über den Umfang der Nockenwelle 53 verteilt), der teils in eine ebenfalls parallel zur Nockenwelle 53 verlaufende Ausneh­ mung 58 des weiteren Nockens 54 als auch in eine entsprechende Ausnehmung 59 der Nockenwelle 53 hineinragt. An der Nockenwelle 53 ist der Bolzen 57 durch zwei Sprengringe 60 und 61 axial fixiert, so daß er auch bei Verschiebebewegungen des weiteren Nockens 54 seine axiale Position relativ zur Nockenwelle 53 nicht ändert.

In der gezeigten Lage der Nockenanordnungen 50 und 54 gemäß Fig. 5 ragt der Bolzen 57 auch in die Ausnehmung 62 des Doppel­ nockens 50 hinein, so daß er in dem hier angenommenen Vollastbe­ trieb eine drehfeste Kopplung beider Nockenanordnungen 50 und 54 mit der Nockenwelle 53 sicherstellt.

Eine Verschiebbarkeit des Doppelnockens 50 wird durch ent­ sprechend lange Gestaltung seines die beiden Einzelnocken 51 und 52 verbindenden rohrförmigen Bereichs 63 ermöglicht, der wiederum von dem Nockenwellenlager 64 umschlossen ist.

Die in Fig. 5 dargestellte Vollastlage der Nockenanordnungen 50 und 54, die eine Betätigung beider Ventile durch die Einzel­ nocken 51 und 52 sicherstellt, deren - hier identische - Umrisse außerhalb der identischen Grundkreisbereiche über den Umriß des weiteren Nockens 54 hinausgehen, wird durch relativ hohen Druck des Druckmittels in der ringförmigen Kammer 65 sichergestellt. Die Einspeisung des Druckmittels erfolgt wiederum durch den Längskanal 66 und Querkanäle 67 in der Nockenwelle 53. Dieser relativ hohe Druck im Druckraum 65, der durch eine Stirnseite der nockenwellenfesten Buchse 68 begrenzt wird, drückt den Doppelnocken 50 und damit auch den weiteren Nocken 54 gegen die Kraft der Druckfeder 69 in Fig. 5 nach rechts. Der Längskanal 66 läuft auch in einen weiteren Druckraum ein, der analog dem Druckraum 65 angeordnet ist, aber zur Betätigung weiterer Nocken dient, die in den Fig. 5 und 6 sich in Richtung nach links anschließen. Ein entsprechender, dem Nocken 54 vergleichbarer weiterer Nocken ist bei 70 gezeichnet.

Soll nun zwecks Optimierung des Teillastbetriebs der Maschine eine Verringerung der Einströmquerschnitte erzielt werden, wird der Druckraum 65 druckentlastet, so daß die Druckfeder 69 den weiteren Nocken 54 und über diesen den Doppelnocken 50 in den Figuren nach links in die in Fig. 6 wiedergegebene Stellung bewegen kann. Das bedeutet, daß nunmehr der Bolzen 57 aus dem Bereich der Nut 62 im Doppelnocken 50 gelangt, wodurch die dreh­ feste Kopplung des Doppelnockens 50 mit der Nockenwelle 53 auf­ gehoben wird. Das wiederum bedeutet, daß der in den Figuren linke Einzelnocken 51 desaktiviert und demgemäß das zugeordnete Ventil stillgesetzt wird. Zusätzlich ist die Rolle 56 und damit letztlich das dieser zugeordnete Ventil aus dem Einflußbereich des Vollast-Einzelnockens 52 und in den Einflußbereich des weiteren Nockens 54 gelangt, der, wie bereits beschrieben, für einen kleineren Ventilhub ausgelegt ist.

Mit der Erfindung ist demgemäß eine gattungsgemäße Steuervor­ richtung für zwei einem Brennraum einer Brennkraftmaschine gemeinsam zugeordnete Ventile geschaffen, die sich unter Be­ schränkung auf bewegte Teile an der Nockenwelle sowohl für die Desaktivierung einzelner Ventile als auch für die Umschaltung von Ventilen auf unterschiedliche Nocken einsetzen läßt.

Claims (9)

1. Steuervorrichtung für als schließfederbestückte Hubventile ausgebildete Ladungswechselventile einer Brennkraftmaschine mit einer Nockenwelle, die sowohl dauernd mit ihr drehfeste Nocken als auch zwischen einer Axialstellung, in der sie ebenfalls mit der Nockenwelle drehfest gekoppelt sind, und einer Axialstellung, in der sie von der Nockenwelle entkop­ pelt sind, verschiebbare Nocken trägt, dadurch gekennzeich­ net, daß zwei benachbarten, in Längsrichtung der Nockenwelle (11) ortsfesten Ventilen ein Doppelnocken (5) und zumindest einem dieser Ventile ein weiterer Nocken (7) zugeordnet ist, der auf der Nockenwelle (11) axial verschiebbar ist, und das zumindest eine Ventil stets in Antriebsverbindung mit einem der beiden ihm zugeordneten Nocken (4, 7) steht.

2. Steuervorrichtung nach Anspruch 1, dadurch gekennzeichnet, daß der Doppelnocken (5) zwischen seinen Einzelnocken (3, 4) einen von einem Nockenwellenlager (9) umschlossenen rohr­ förmigen Bereich (8) besitzt.

3. Steuervorrichtung nach Anspruch 1 oder 2, dadurch gekenn­ zeichnet, daß der Doppelnocken (5) dauernd drehfest mit der Nockenwelle (11) gekoppelt ist und seinen beiden Stirnflächen axial verschiebbare weitere Nocken (6, 7) gegenüberstehen, deren außerhalb der Grundkreisbereiche liegende Umrisse außerhalb des Umrisses des jeweils benachbarten Einzelnockens (3, 4) liegen.

4. Steuervorrichtung nach Anspruch 3, dadurch gekennzeichnet, daß die einander zugekehrten Stirnseiten des Doppelnockens (5) und der weiteren Nocken (6, 7) mit Klauen (14, 15) bestückt sind, die zur Bildung drehmomentübertragender Kupplungen gestaltet sind.

5. Steuervorrichtung nach Anspruch 3 oder 4, dadurch gekenn­ zeichnet, daß zwischen dem weiteren Nocken (3, 4) und dem zugeordneten Ventil ein Schwenkbewegungen ausführender Über­ tragungshebel (1, 2) angeordnet ist, der mit einer Rolle (25, 26) zur Auflage an dem benachbarten Einzelnocken (3, 4) und einer Gleitfläche (23, 24) zur Auflage auf dem weiteren Nocken (6, 7) versehen ist.

6. Steuervorrichtung nach Anspruch 1 oder 2, dadurch gekenn­ zeichnet, daß der weitere Nocken (54) dauernd drehfest mit der Nockenwelle (53) gekoppelt sowie gemeinsam mit dem Doppelnocken (50) axial zwischen einer Stellung, in der auch der Doppelnocken (50) drehfest mit der Nockenwelle (53) ge­ koppelt ist und sein dem weiteren Nocken (54) benachbarter Einzelnocken (52) in Antriebsverbindung mit dem zugeordneten Ventil steht, und einer Stellung axial verschiebbar ist, in der der Doppelnocken (50) von der Nockenwelle (53) entkoppelt ist, wobei der außerhalb seines Grundkreisbereichs liegende Umriß des weiteren Nockens (54) innerhalb des Umrisses des benachbarten Einzelnockens (52) liegt.

7. Steuervorrichtung nach Anspruch 6, dadurch gekennzeichnet, daß zur drehfesten Kopplung zumindest ein in eine Längsnut (59) der Nockenwelle (53) eingreifender, die Verschiebung von Doppelnocken (50) und weiterem Nocken (54) zulassender Bolzen (57) solcher Länge und Anordnung vorgesehen ist, daß er dauernd in eine Längsnut (58) des weiteren Nockens (54), dagegen in eine Längsnut (62) des Doppelnockens (50) nur in einer der Stellungen desselben eingreift.

8. Steuervorrichtung nach einem der Ansprüche 1 bis 7, dadurch gekennzeichnet, daß die Verschiebungen durch ein hydrau­ lisches Druckmittel erfolgen und zumindest einzelnen Nocken (6) magnetische Stellungsarretierungen (19) zugeordnet sind.

9. Steuervorrichtung nach einem der Ansprüche 1 bis 8, dadurch gekennzeichnet, daß die Verschiebungen durch ein hydrau­ lisches Druckmittel erfolgen und zumindest einzelnen Nocken (7) federnde Stellungsarretierungen (20) zugeordnet sind.