DE4405189C2 - Stößel für ein abschaltbares Ventil einer Brennkraftmaschine - Google Patents

Description

Die Erfindung betrifft einen Stößel für ein abschaltbares Ventil einer Brennkraftmaschine nach dem Oberbegriff des Patentanspruchs 1.

Bei bekannten Stößeln der bekannten Bauart nach der DE-29 52 037 A1 besteht die Möglichkeit, daß bei der Ventilerhebung und druckbeaufschlagtem Kolben zwischen Ventilschaft und Bohrung im Kupplungsglied keine eindeutige Lage festgelegt ist, was dazu führen kann, daß der Ventilschaft unter hoher verschleißträchtiger Reibung in diese Bohrung eintaucht. Außerdem kann das Kupplungsglied bei entsprechend ungünstiger Ausrichtung des Ventilschafts relativ zur Bohrung des Kupplungsgliedes zwar das Ventil mitnehmen, jedoch nur über einen Teilbereich der Hubhöhe, von wo aus das Ventil unter der Wirkung der Ventilfeder in den Ventilsitz ungedämpft zurückschlägt, was stark störende Geräusche und zusätzlichen Verschleiß verursacht.

Aufgabe der Erfindung ist es, einen für ein abschaltbares Ventil ausgebildeten Stößel zu schaffen, dessen Kupplungsglied sicher und definiert in Endstellungen gehalten ist und mit seiner Bohrung bzw. Stützfläche stets funktionsgerecht zum Ventilschaft ausgerichtet ist.

Erfindungsgemäß wird diese Aufgabe durch die kennzeichnenden Merkmale des Patentanspruchs 1 gelöst. Weitere die Erfindung ausgestaltende Merkmale sind in den Unteransprüchen enthalten.

Die mit der Erfindung hauptsächlich erzielten Vorteile sind darin zu sehen, daß das Sperrelement das Kupplungsglied in den Endstellungen sicher festsetzt und das Kupplungsglied nur dann zur Betätigung freigibt, wenn die Drehlage des Nockens günstige Verhältnisse bietet. Dabei sind die Stützfläche und die Bohrung des Kupplungsgliedes so zum Ventilschaft ausgerichtet, daß einerseits die Hubbewegungen des Ventils und andererseits die Eintauchbewegungen des Ventilschafts in die Bohrung betriebssicher sind, also geräusch- und verschleißarm sind. Außerdem erfolgt die Bewegung des Kupplungsgliedes stets definiert innerhalb des Grundkreises des Nockens.

Das Sperrelement wird mit dem Übertragungsorgan und in Abhängigkeit der Drehlagenbereiche des Nockens wirkungssicher betätigt. Die Trennung des Übertragungsorgans im zweiten Drehlagenbereich ermöglicht ein leichtes Betätigen des Kupplungsgliedes, wobei dies auch noch durch die Gleitbahn des Lagerteils unterstützt wird.

Der Stößel ist nach Art einer zylindrischen Tasse aufgebaut, in die das Lagerteil integriert ist, das getrennt von der Tasse hergestellt sein kann und eine Bohrung für den hydraulisch betätigbaren Kolben und eine Führung für das Kupplungsglied umfaßt. Zwischen Kupplungsglied und Tassenboden ist das Sperrelement in Gestalt einer Blattfeder angeordnet, die mit dem als zylindrischen Zapfen ausgebildeten, koaxial zum Ventilschaft angeordneten Übertragungsorgan 40 zusammenarbeitet. Außerdem ist dem Lagerteil auf der dem hydraulisch betätigten Kolben gegenüberliegenden Seite eine Druckfeder zugeordnet, die das Kupplungsglied in eine Endlage zu bewegen sucht. Anstelle der Druckfeder kann auch ein hydraulischer Kolben vorgesehen sein. Das Lagerteil mit Kolben, Kupplungsglied, Blattfeder und Zapfen kann ein vorgefertigtes Modul sein, das in die Tasse eingesetzt ist.

Der hydraulisch betätigte Kolben kann in der ersten Schaltstellung des Kupplungsgliedes drucklos sein, wodurch der Ventilschaft in die Bohrung der Kupplung eintaucht: das Ventil ist stillgelegt. Schließlich ist es bei gleichen Druckverhältnissen möglich, daß der Ventilschaft sich an der Stützfläche des Kupplungsglieds abstützt: das Ventil ist jetzt aktiviert, führt Hubbewegungen aus.

In der Zeichnung werden Ausführungsbeispiele der Erfindung gezeigt, die nachstehend näher beschrieben sind.

Es zeigen:

Fig. 1 eine schematische Darstellung eines Ventiltriebs einer Brennkraftmaschine,

Fig. 2 einen Teilquerschnitt einer Brennkraftmaschine im Bereich einer Nockenwelle mit dem erfindungsgemäßen Stößel,

Fig. 3 einen Schnitt nach der Linie III-III der Fig. 2,

Fig. 4 einen Schnitt nach der Linie IV-IV der Fig. 2,

Fig. 5 eine Teilansicht einer anderen Ausführungsform des erfindungsgemäßen Stößels,

Fig. 6 Schrägansichten von Einzelteilen des Stößels,

Fig. 7 bis 12 verschiedene Stellungen des Stößels in Abhängigkeit von der Drehlage des Nockens einer Nockenwelle.

Eine nicht näher gezeigte Brennkraftmaschine weist in dem dargestellten Bereich einen zylindrischen Stößel 1 auf, der koaxial zu einem schaltbaren Ventil 2 angeordnet ist und mittels eines Nockens 3 einer Nockenwelle 4 betätigt wird. Der Stößel 1 ist in eine Bohrung 5 eines Zylinderkopfs 6 eingesetzt und stützt sich mit einer Druckfeder 7 ab. Das Ventil 2 umfaßt einen mit einem Ventilsitz 8 des Zylinderkopfs 6 zusammenarbeitenden Ventilteller 9 sowie einen Ventilschaft 10, der mit einem Ventilfederteller 11 versehen ist. Zwischen Ventilfederteller 11 und Zylinderkopf 6 ist eine Ventilfeder 12 wirksam, die das Ventil 2 in der geschlossenen Stellung hält. Innerhalb des Stößels 1 ist eine Einrichtung 13 (Fig. 2) angeordnet, mit der zwei Betriebszustände für das Ventil 2 einstellbar sind: Erster Betriebszustand: Ventil 2 ist abgeschaltet; zweiter Betriebszustand: Ventil 2 führt entsprechend den durch den Nocken 3 und den Stößel 1 ausgelösten Wechselbewegungen Hubbewegungen aus.

Die Einrichtung 13 wird gebildet durch einen Kolben 14 und ein Kupplungsglied 15, das im ersten Betriebszustand (Fig. 2) die Endstellung A und im zweiten Betriebszustand (Fig. 12) die Endstellung B einnimmt. Anders ausgedrückt: Der Kolben 14 bewegt direkt das als Schieber dargestellte Kupplungsglied 15 von Endstellung A in Endstellung B, indem besagter Kolben an einer aufrechten Stützfläche 16 des Kupplungsgliedes 15 angreift. An einer gegenüber­ liegenden Stützfläche 17 des Kupplungsgliedes 15 stützt sich eine Druckfeder 18 ab. Die Druckfeder 18 versucht das Kupplungsglied 15 in die Endstellung A zu bewegen; für diese Funktion ist auch ein hydraulisch betätigter Kolben denkbar. Das Kupplungsglied 15 ist mit einer Bohrung 19 versehen, in die der Ventilschaft 10 in Endstellung A eintaucht. Auf der dem Ventil 2 zugekehrten Seite ist das Kupplungsglied 15 mit einer Stützfläche 20 versehen. An ihr stützt sich das Ende 21 des Ventilschafts 10 ab, wenn das Kupplungsglied 15 sich in Stellung B befindet.

Der Kolben 14 und das Kupplungsglied 15 sind in ein Lagerteil 22 eingebaut, das eine in radialer Richtung des Stößels 1 verlaufende Bohrung 23 für den Kolben 14 und eine als Führung dargestellte Ausnehmung 24 aufweist, in der das Kupplungsglied 15 beweglich zwischen den Endstellungen A und B gelagert ist. Der Kolben 14 wird über eine Öffnung 25 im Stößel 1 mit Hydraulikmedium beaufschlagt und wirkt, wie weiter oben bereits beschrieben, unmittelbar mit dem Kupplungsglied 15 zusammen. Die Enden der Druckfeder 18 werden gemäß Fig. 2 von Bohrungen 26, 27 im Kupplungsglied 15 bzw. Lagerteil 22 aufgenommen. Anstelle der Bohrung 26 kann aber auch ein Zapfen 28 - Fig. 3 - vorgesehen sein, der von der Druckfeder 18 umgeben ist. Außerdem besitzt das Lagerteil 22 eine Bohrung 29 für den Ventilschaft 10, welche Bohrung 29 in einen Gleitsteg 30 des Kupplungsgliedes 15 eingearbeitet ist (Fig. 2).

Gemäß Fig. 3 ist das Lagerteil 22 von oben gesehen ein vierarmiges Kreuz, das mit geeigneten Mitteln im Stößel 1 festgesetzt ist. Der Stößel 1 umfaßt eine zylindrische Tasse 32, d. h. ein Mantelteil 33 und einen Tassenboden 34, der sich mit geringem Abstand zu einer dem Nocken 3 benachbarten Stirnseite 35 der Tasse 32 erstreckt und als Aufnahme 36 (Fig. 11) für eine Einstellplatte 37 ausgebildet ist. Innerhalb des dadurch im Stößel 1 vorhandenen relativ großen Raumes 38 ist das Lagerteil 22 angeordnet.

Das Kupplungsglied 15 wird mittels eines Sperrelements 39 in der Endstellung A bzw. B (Fig. 8, 9 und 12) gehalten. Das Sperrelement 39 wirkt mit einem Übertragungsorgan 40 zusammen (Fig. 2), das vom Nocken 3 bzw. dem Sperrelement 39 in die Stellungen C oder D (Fig. 7 und 8) bewegt wird, wobei die Stellung C durch einen ersten Nockenbahnbereich NbI (Fig. 7) und die Stellung D durch einen zweiten Nockenbahnbereich NbII (Fig. 8) festgelegt ist. Im Nockenbahnbereich NbII, der sich teils über die Flanke 41 und teils über den Grundkreis 42 des Nocken 3 erstreckt, ist das Übertragungsorgan vom Nocken 3 getrennt.

Die Nockenbahnbereiche NbI und NbII sind durch radiale Linien Lr1 und Lr2 definiert, die das Zentrum 2 des Nocken 3 bzw. der Nockenwelle 4 schneiden. Dabei ist die Linie Lr1 im Winkel α zu einer die Nockenspitze 43 und das Zentrum Z einschließenden Mittellängsebene E-E der Nockenwelle 4 angeordnet; die Linie Lr2 im Winkel β zur Linie Lr1. Die Linien Lr1 und Lr2 und folglich die Nockenbahnbereiche NbI und NbII werden rechnerisch und/oder iterativ ermittelt.

Der Nocken 3 ist im Nockenbahnbereich NbII mit einer nutartigen Ausnehmung 44 (Fig. 4) versehen, deren Eintiefung 45 zwischen den Linien Lr1 und Lr2 einen flacheren Bogen 46 bildet als der Nockenbogen 47 des Nockenbahnbereichs NbII.

Das Sperrelement 39 ist eine Blattfeder 48, die zwischen Tassenboden 34 und Lagerteil 22 fest eingespannt ist, sich in radialer Richtung des Stößels 1 erstreckt und den Ventilschaft 10 überragt. Dabei ist die Blattfeder 48 auf der einen freien Seite G in axialer Richtung des Stößels 1 beweglich und mit einem als Abwinkelung ausgebildeten Anschlag 49 versehen (Fig. 2 und 7). Der Anschlag 49 umgreift in Abhängigkeit der Nockenwellenbahnbereiche NbI und NbII und der Endstellungen A und B des Kupplungsgliedes 15 eine Schulter 50 von letzterem bzw. ragt abstützend in dessen Bohrung 19 hinein (Fig. 8 bzw. 12). Auf der gegenüberliegenden Seite H des Anschlages 49 ist die Blattfeder 48 mit einer Abwinkelung 51 versehen, die in eine Ausnehmung 52 (Fig. 7) des Lagerteils 22 hineinragt, dergestalt, daß die Blattfeder 48 zwischen Tassenboden 34, Mantelteil 33 und Lagerteil 22 innerhalb des Stößels 1 festgehalten ist. Das Kupplungsglied 15 umfaßt im Bereich des Anschlags 49 der Blattfeder 48 eine Stützbahn 53 (Fig. 11) für ein dem Ventilschaft 10 zugekehrtes Ende 54 des Anschlages 49. Die Stützbahn 53 verläuft im Abstand J zur Innenseite 55 des Tassenbodens 34, dessen Außenseite 36 dient als Auflage für die Einstellplatte 37.

Das Übertragungsorgan 40 ist ein zylindrischer Zapfen 57, der koaxial zum Ventilschaft 10 ausgerichtet ist und in Bohrungen 58, 59 (Fig. 9) des Tassenbodens 34 bzw. der Einstellplatte 37 eingesetzt ist. Der Zapfen 57 ist axialbeweglich - Stellungen K und L - in der Bohrung 58, 59 gelagert und steht in Wirkverbindung mit dem Nocken 3 und der Blattfeder 48. Der Zapfen 57 umfaßt Zapfenabschnitte 60, 61 mit unterschiedlichen Durchmessern. Dabei ist der Zapfenabschnitt 60 mit dem größeren Durchmesser in der Bohrung 58 des Tassenbodens 34 angeordnet und schlägt in der Endstellung L (Fig. 7) an der Einstellplatte 37 an.

Gemäß Fig. 2 ist der Kolben 14 in der ersten Schaltstellung A des Kupplungsgliedes 15 drucklos, Hydraulikmedium ist nicht wirksam und der Ventilschaft 10 kann in die Bohrung 19 eintauchen; das Ventil 2 ist stillgelegt (erster Betriebszustand).

In Fig. 5 ist ein Stößel 62 dargestellt, der im Prinzip wie der Stößel 1 gemäß Fig. 2 aufgebaut ist. Der Unterschied besteht darin, daß der Kolben 63 in der ersten Schaltstellung A des Kupplungsgliedes 60 zwar ebenfalls drucklos ist, jedoch stützt sich der Ventilschaft 64 an der Stützfläche 65 des Kupplungsgliedes 66 ab; das Ventil 67 ist aktiviert und arbeitet im zweiten Betriebszustand.

Die Fig. 6 gibt die Einzelteile des Stößels wieder, der die Tasse 32, das Lagerteil 22, das Kupplungsglied 15, die Einstellplatte 37, den Zapfen 57, die Druckfeder 18, den Kolben 14 und die Blattfeder 48 umfaßt. Diese Einzelteile können zu einem bezugsfertigen Stößel zusammengefaßt sein.

Wird der Stößel 1 an sämtlichen Ventilen einer Zylinderreihe einer Brennkraftmaschine vorgesehen, die zwei Zylinderreihen umfaßt, so kann diese Zylinderreihe wahlweise zu- und abgeschaltet werden. Darüber hinaus ist es möglich, ein einzelnes Ventil eines mehr als zwei Ventile umfassenden Zylinders entsprechend zu schalten.

Funktionsbeschreibung

Beim Betrieb der Brennkraftmaschine rotiert die Nockenwelle 4 in Drehrichtung Dr, d. h. im Uhrzeigersinn.

Fig. 7 gibt wieder, wie der Kolben 14 im ersten Betriebszustand des Ventils drucklos und das Kupplungsglied 15 unter der Wirkung der Feder 18 in der Endstellung A gehalten ist.

Der Zapfen 57 ist in Stellung L, weil der Nockenbahnbereich NbII auf ihn ausgerichtet ist. Die Mittellängsebene E-E verläuft etwa parallel zur Einstellplatte 37 und die Blattfeder 48 ist entspannt.

In Fig. 8 liegt der Grundkreis 42 des Nockens 3 an der Einstellplatte 37 an, der Zapfen 57 ist in der Stellung K, die Blattfeder 48 ist gespannt, so daß das Kupplungsglied 15 in der Stellung A mit dem Anschlag 49 festgehalten ist; auch dann, wenn der Kolben 14 beaufschlagt ist. Fig. 9 zeigt das Ventil im gleichen Betriebszustand. Einziger Unterschied: Die Nockenspitze 43 hat den Stößel 1 in Richtung Ventil 2 bewegt, dessen Ventilschaft 10 in die Bohrung 19 eingetaucht ist, ohne das Ventil 2 zu betätigen (erster Betriebszustand).

Die Fig. 10 entspricht bezüglich Nockenwellenstellung der Fig. 7. Allerdings ist der Kolben 14, seit der Nockenbahnbereich NbII dem Zapfen 57 zugekehrt ist, mit Druck beaufschlagt, wodurch das Kupplungsglied 15 zumindest teilweise in Richtung Endstellung B auf dem Gleitsteg 30 verschoben ist. Dadurch ist bereits der Ventilschaft 8 auf die Stützfläche 20 des Kupplungsgliedes 15 ausgerichtet; ebenso liegt der Anschlag 49 der Blattfeder 48 auf der Stützfläche 53 auf. Die Bewegung des Kupplungsgliedes 15 erfolgt frei von oder ohne nennenswerte Belastungen durch den Ventilschaft 10 bzw. durch den Anschlag 49, da die Feder 7 den Stößel 1 über das Lagerteile 22 gegen den Nocken 3 zu bewegen sucht. In Fig. 11 ist die Bewegung des Kupplungsgliedes 15 in Richtung Endstellung B weiter fortgeschritten, der Grundkreis 42 liegt über dem Zapfen 57, der die Blattfeder 48 in einem mittleren Bereich auf Biegung beansprucht.

Schließlich nimmt in Fig. 12 das Kupplungsglied 15 die Endstellung B ein, das Ventil 2 ist aufgrund der Stellung des Nockens 3 in vollem Umfang geöffnet und der Anschlag 49 stützt sich an der Bohrung 19 ab. Das Kupplungsglied 15 ist in der Endstellung B gegen die Wirkung der Druckfeder 18 fixiert, selbst wenn der Kolben 14 drucklos ist.

Das Kupplungsglied 15 nimmt erst dann wieder seine Endstellung A ein, wenn der Nockenbahnbereich NBII den Zapfen 57 erreicht und am Kolben 14 kein Druck anliegt.

Claims (11)

1. Stößel für ein abschaltbares Ventil einer Brennkraftmaschine, wobei der Stößel (1) mit einer Nockenwelle (4) zusammenwirkt, mit einem verschiebbaren Kupplungsglied (15), welches im Stößel angeordnet ist und in einer ersten Endstellung (A) die Hubübertragung vom Stößel auf den Ventilschaft unterbricht und in einer zweiten Endstellung (B) die Hubübertragung gewährleistet, wobei dem Kupplungsglied ein Sperrelement (39) zugeordnet ist, dadurch gekennzeichnet, daß das Sperrelement (39) durch den Nocken (3) gesteuert wird, wobei eine markierte Nockenbahn abgetastet wird und aus dem Abtastsignal die Bewegung des Sperrelementes so abgeleitet wird, daß das Sperrelement das Kupplungsglied in einem ersten Nockenbahnbereich (NbI) jeweils in einer von dessen zwei Endstellungen verriegelt und in einem zweiten Nockenbahnbereich (NbII) freigibt, so daß das Kupplungsglied dann verschiebbar ist.

2. Stößel nach Anspruch 1, dadurch gekennzeichnet, daß er nach Art einer zylindrischen Tasse aufgebaut ist, ein Mantelteil (33) und einen Tassenboden (34) umfaßt, welcher Tassenboden (34) auf der dem Nocken (3) zugekehrten Seite als Aufnahme (36) für eine Einstellplatte (37) ausgebildet ist, das von einem hydraulisch betätigten Kolben (14) betätigte Kupplungsglied (15) ein Schieber ist, der eine Bohrung (19) zum Eintauchen des Ventilschafts (10) in der ersten Endstellung (A) aufweist, und der hydraulisch betätigte Kolben (14) und das Kupplungsglied (15) von einem Lagerteil (22) aufgenommen werden, das eine Bohrung (23) für den Kolben (14) und eine Führung (Ausnehmung 24) für das Kupplungsglied (15) besitzt.

3. Stößel nach Anspruch 2, dadurch gekennzeichnet, daß das Sperrelement (39) eine Blattfeder (48) ist, die zwischen Tassenboden (34) und Lagerteil (22) eingesetzt ist und sich in radialer Richtung des Stößels (1) erstreckend den Ventilschaft (10) überragt, wobei die Blattfeder (48) an ihrem einen Ende mit einem Anschlag (49) versehen ist, der abhängig von den Stellungen (A, B) des Kupplungsgliedes (15) im Nockenbahnbereich (NbI) des Nockens (3) eine Schulter (50) des Kupplungsgliedes (15) umgreift bzw. abstützend in die Bohrung (19) des Kupplungsgliedes (15) hineinragt.

4. Stößel nach Anspruch 3, dadurch gekennzeichnet, daß die Blattfeder (48) auf dem dem Anschlag (49) gegenüberliegenden Ende mit einer Abwinkelung (51) in einer Ausnehmung (52) zwischen Lagerteil (19) und Stößel (1) festgesetzt ist.

5. Stößel nach Anspruch 4, dadurch gekennzeichnet, daß der Anschlag (49) der Blattfeder (48) beim Verschieben des Kupplungsgliedes (15) mit einem dem Ventilschaft (10) zugekehrten Ende (54) auf einer Stützbahn (53) des Kupplungsgliedes (15) aufliegt.

6. Stößel nach einem der Ansprüche 2 bis 5, dadurch gekennzeichnet, daß auf der dem Kolben (14) gegenüberliegenden Seite am Kupplungsglied (15) eine Druckfeder (18) angreift, die beispielsweise abschnittsweise in Bohrungen (26, 27) oder Zapfen (28) des Kupplungsgliedes (15) und des Lagerteils (22) geführt ist.

7. Stößel nach einem der Ansprüche 2 bis 6, dadurch gekennzeichnet, daß in der ersten Endstellung (A) des Kupplungsgliedes (15) der hydraulisch betätigte Kolben (14) drucklos ist.

8. Stößel nach einem der Ansprüche 2 bis 7, dadurch gekennzeichnet, daß in der zweiten Endstellung (B) der hydraulisch betätigte Kolben (14) drucklos ist und der Ventilschaft (10) sich an einer Stützfläche (20) des Kupplungsgliedes (15) abstützt.

9. Stößel nach einem der Ansprüche 2 bis 8, dadurch gekennzeichnet, daß zwischen Nocken und Sperrelement ein Übertragungsorgan (40) angeordnet ist, das als ein zylindrischer Zapfen (57) ausgebildet ist, der axialbeweglich in Bohrungen (58, 59) des Tassenbodens (34) sowie der Einstellplatte (37) eingesetzt ist und die Blattfeder (48) beaufschlagt.

10. Stößel nach Anspruch 9, dadurch gekennzeichnet, daß der Zapfen (57) Zapfenabschnitte (60, 61) mit unterschiedlichen Durchmessern aufweist, wobei der Zapfenabschnitt (60) mit dem größeren Durchmesser in der Bohrung (58) des Tassenbodens (34) angeordnet ist und in einer Endstellung (L) des Zapfens (57) an der Einstellplatte (37) anschlägt.

11. Stößel nach Anspruch 9 oder 10, dadurch gekennzeichnet, daß der Nocken (3) im zweiten Nockenbahnbereich (NbII) mit einer Ausnehmung (44) für den Zapfen (57) markiert ist.