DE4406008C2 - Brennkraftmaschine mit zumindest zwei Ein- oder Auslaß-Hubventilen und einer diesen zugeordneten Ventilsteuerung - Google Patents

Description

Die Erfindung betrifft eine Brennkraftmaschine gemäß dem Oberbe­ griff des Patentanspruchs 1, wie sie aus der DE 37 01 609 A1 bekannt ist. Brennkraftmaschinen dieser Ausbildung mit mehreren "gleichartigen" Ventilen, also mehreren Einlaß- bzw. Auslaßventilen, bieten die vorteilhafte Möglichkeit, durch zeitweilige Desaktivierung einzelner Ventile die Zahl der arbeitenden Ventile der jeweiligen Betriebsweise der Maschine anzupassen. So ist es beispielsweise zweckmäßig, im Bereich niedriger Drehzahl und/oder Maschinenlast mit nur einem Einlaß­ ventil zu fahren, dagegen das andere nicht zu betätigen, damit sich eine für die optimale Ladungsaufbereitung im Brennraum günstige Gemischströmung in diesem einstellt. Bei Vollast dagegen ist ein möglichst großer resultierender Einströmquerschnitt entscheidend, weshalb dann alle Ventile aktiviert werden.

Wie sich gezeigt hat, kann es zweckmäßig sein, im Bereich niedriger Last und/oder Drehzahl beispielsweise ein desaktivier­ bares Einlaßventil nicht vollständig unwirksam zu machen son­ dem kurzzeitig mit geringem Hub zu öffnen. Die EP 0 470 869 A1 sieht entsprechende Maßnahmen zur Erzeugung einer Ladungsschichtung vor. Ein anderer Gesichtspunkt für ein kurz­ zeitiges geringfügiges Öffnen des an sich desaktivierten Ventils ist die Vermeidung einer unerwünschten Kraftstoffansammlung vor dem desaktivierten Einlaßventil, durch die inhomogene Gemisch­ qualitäten entstehen können. Auch werden die Abdichtwirkung des Ventilsitzes und damit seine Lebensdauer erhöht.

Die europäische Anmeldung sieht zum Zwecke des kurzzeitigen Teilöffnens des an sich desaktivierten Ventils bei niedriger Last und/oder Drehzahl eine vollständige Entkopplung der beiden Übertragungshebel durch Zurückziehen eines hydraulischen Kupplungsbolzen und zusätzlich einen zweiten Nocken mit gegen­ über dem Hauptnocken geringeren Abmessungen vor, auf dem sich der zweite Übertragungshebel dann abstützt. Diese Konstruktion ist zum einen insofern nachteilig, als die den Kupplungsbolzen enthaltende hydraulische Kupplung ventilnah in Schwenkbewegungen ausführenden Bereichen der Übertragungshebel untergebracht ist und zum anderen der insbesondere in dem zusätzlichen Nocken bestehende Aufwand für die Erzeugung der Teilöffnungsbewegung des an sich desaktivierten Ventils relativ groß ist.

Der Erfindung liegt die Aufgabe zugrunde, die Konstruktion nach der gattungbildenden Offenlegungsschrift mit zentral im Bereich einer Schwenkachse angeordneter Klauenkupplung zwischen den bei­ den Übertragungshebeln so weiterzubilden, daß das jeweils desak­ tivierte Ventil eine relativ kurzzeitige, d. h. sich nur über einen kleinen Kurbelwinkelbereich erstreckende Öffnungsbewegung mit kleinem Hub ausführt.

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

Ein besonderer Vorteil der Erfindung ist in der Einfachheit der die Lösung der Aufgabe bewirkenden Maßnahmen zu sehen. Im Prin­ zip braucht lediglich ein weiteres Klauenpaar vorgesehen zu sein, dessen Klauen derart weit axial über die Klauen des ersten Klauenpaares vorstehen, daß auch bei ausgerücktem ersten Klauen­ paar nach Erreichen vorgegebener Kurbelwinkel die Klauen des zweiten Klauenpaares in Eingriff miteinander kommen können.

Ein Ausführungbeispiel der Erfindung wird im folgenden anhand der Zeichnung erläutert.

Es zeigen:

Fig. 1 in Draufsicht die Ventilbetätigungseinrichtung,

Fig. 2 Hubverlaufskurven für die beiden Ventile,

Fig. 3 in einer Seitenansicht, teilweise im Schnitt, Einzelheiten einer mechanischen Einrichtung zur Ventilspielbeseitigung und

Fig. 4 eine entsprechende Draufsicht, teilweise im Schnitt.

Betrachtet man zunächst Fig. 1, so sind mittels der beiden Lagerböcke und 2 auf dem Zylinderkopf 3 der im übrigen nicht dargestellten, da einen bekannten Aufbau besitzenden Brennkraft­ maschine sowohl die Nockenwelle 4 mit dem Nocken 5 zur Betäti­ gung der beiden Ventile 6 und 7, hier Einlaßventile, als auch die Schwenkachse 8 für den ersten Übertragungshebel 9 und, den zweiten Übertragungshebel 10, hier Kipphebel, gelagert. In diesem Ausführungsbeispiel ist die Schwenkachse 8 hohl ausge­ führt und drehfest gelagert, während die Nockenwelle 4, von der Kurbelwelle der Maschine her angetrieben, rotiert. Das erste Ventil 7 wird über den ersten Übertragungshebel 9 entsprechend der Form des Nockens 5 während aller Betriebsweisen der Maschine betätigt, d. h. entgegen der Wirkung der üblichen Ventilschließ­ feder periodisch geöffnet. Der Betätigung auch des zweiten Ventils 6 dient ebenfalls der Nocken 5, und zwar dann, wenn die Klauen 11 und 12 an den einander zugekehrten Stirnseiten der Übertragungshebel 9 und 10 durch Verschiebung des zweiten Über­ tragungshebels 10 in Fig. 1 in Richtung nach rechts entgegen der spreizenden Wirkung der Feder 13 in eine Stellung gelangt sind, in der sie einander in Umfangsrichtung hintergreifen. Die umfangsmäßige Anordnung dieses ersten Klauenpaares 11, 12 ist so getroffen, daß diese Einrückbewegung nur bei in Schließstellung befindlichen Ventilen 6 und 7, also während der Grundkreisphase des Nockens 5, und damit zumindest weitgehend von den von den Ventilen ausgeübten Kräften entlasteten Übertragungshebeln 9 und 10 erfolgen kann.

Diese Einrückbewegung wird, wie gesagt, durch Axialverschieben des - mit einer entsprechend großen Abstützfläche für das zweite Ventil 6 versehenen - zweiten Übertragungshebels 10 vorgenommen, die durch Druckaufbau in der Druckkammer 14 hervorgerufen wird. Das Druckmedium, beispielsweise Schmieröl der Brennkraftma­ schine, wird über die zu diesem Zweck hohl ausgeführte Schwenk­ achse 8 dem Druckraum 14 zugeführt, so daß sich dort ein Druck aufbaut, der den zweiten Übertragungshebel 10 in Fig. 1 nach rechts verschiebt. In diesem Falle nimmt also der zweite Über­ tragungshebel 10 an den durch den Nocken 5 bestimmten Schwenk­ bewegungen des ersten Übertragungshebels 9 teil, so daß auch das zweite Ventil 6 betätigt wird.

Wird dagegen der Druck in der Druckkammer 14 wieder herabge­ setzt, so sorgen die von der Feder 13 ausgeübten Spreizkräfte für das zurückschieben des zweiten Übertragungshebels 10 in seine in Fig. 1 dargestellte Lage, der die Klauen 11 und 12 ausgerückt sind. Diese Lage wird letztlich bestimmt durch Abstützung der Stützhülse 15 an dem Lagerbock 1.

Bei dem gattungsbildenden Stand der Technik erfolgt nun über­ haupt keine Mitnahme des zweiten Übertragungshebels 10 durch den ersten Übertragungshebel 9. Erfindungsgemäß ist jedoch ein zwei­ tes Klauenpaar vorgesehen, zu dem in diesem Ausführungsbeispiel wieder die bereits erwähnte Klaue 12 sowie die weitere Klaue 16 an dem ersten Übertragungshebel 9 zählt. Wie unmittelbar aus Fig. 1 ersichtlich, besitzen diese Klauen 12 und 16 eine derart große axiale Erstreckung, daß sie sich, auch bei ausgerücktem ersten Klauenpaar 11, 12 in Umfangsrichtung mitnehmend hinter­ greifen können. In Umfangsrichtung sind sie so verteilt, daß sie eine derartige Mitnahmeverbindung nur im Bereich des maximalen Hubs des Nockens 5 herstellen, so daß das zweite Ventil 6 nur während einer kurzen Kurbelwinkelphase im Bereich des maximalen Nockenhubs und mit entsprechend geringem Ventilhub geöffnet wird.

Diese Verhältnisse zeigen die in Fig. 2 über dem Kürbelwinkel α aufgetragenen Hubkurven, wobei mit UT die den unteren Totpunkten und mit OT die den oberen Totpunkten der Kolbenbewegung zugeord­ neten Kurbelwinkel bezeichnet sind:

Das permanent betätigte erste Ventil 7 besitzt die Hubkurve h7. Diese Hubkurve würde auch für das zweite Ventil 6 gelten, sofern dieses aktiviert, also das Klauenpaar 11, 12 in Eingriff ge­ bracht ist; dann ergibt sich ein den maximalen Einströmungsquer­ schnitt des betreffenden Zylinders definierender Summenventil­ hubverlauf h.

Bei Desaktivierung des zweiten Ventils 6, d. h. bei den in Fig. 1 dargestellten Verhältnissen, erfolgt jedoch erst dann ein Öffnen des zweiten Ventils 6, wenn die Klauen 12 und 16 des zweiten Klauenpaars in Eingriff gekommen sind. Demgemäß ergibt sich jetzt ein Hubverlauf h6 nur innerhalb eines engen, den Maximalhub des ersten Ventils 7 enthaltenden Kurbelwinkelbe­ reichs. Eine Überschneidung zwischen der Hubkurve des zweiten Ventils 6 und der Hubkurve a eines andersartigen Ventils, also beispielsweise eines Auslaßventils, wenn die Ventile und 7 Einlaßventile sind, ist in keinem Fall gegeben.

Die beschriebene Konstruktion bietet also den grundsätzlichen Vorteil, daß mittels eines einzigen Nockens zwei Ventile betä­ tigt werden können. Dies bedeutet aber auch eine relativ große Belastung des Nockens, so daß man bestrebt sein muß, die durch diesen zu bewegenden Massen möglichst gering zu halte. Daher empfiehlt sich eine Ventilspielausgleichseinrichtung, wie sie an sich aus der DE 39 01 967 A1 bekannt ist und nun anhand der Fig. 3 und 4 erläutert wird. Die bereit in Fig. 1 vorkommenden Teile sind mit denselben Bezugszeichen versehen; es wurde jedoch auf die Darstellung derjenigen Teile verzichtet, die zum Verständnis der Ventilspielausgleichsvorrichtung nicht erforderlich sind.

Während der Kipphebel 9, der den ersten Übertragungshebel bil­ det, mit seinem in den Fig. 3 und 4 rechten Ende in diesem Ausführungsbeispiel zwecks Reibungsverminderung über Rollen 20 auf dem rotierenden Nocken 5 aufliegt und dessen Hubbewegungen demgemäß mitmacht, ist sein in der Figur linkes Ende bei 21 zur abwälzenden Auflage auf dem feien Ende des Ventils 7 einge­ richtet.

Auf der Schwenkachse 8 ist mit Reibschluß die kreisscheibenför­ mige Exzenterscheibe 22 gelagert, die mit der Ausnehmung 23 zur Aufnahme eines Endes der in Umfangsrichtung wirkenden Feder 24 versehen ist, deren anderes Ende in die Ausnehmung 25 der Schwenkachse gesteckt ist. Die beiden Teile 8 und 22 sind also federnd gegeneinander verspannt. Die Achse der Exzenterscheibe 22 ist mit 26 bezeichnet.

Die Exzenterscheibe 22 ist reibschlüssig von der zylindrischen Buchse 27 umgeben, die die Ausnehmung 28 zur Aufnahme des radialen Anschlags 29 an der Schwenkachse 8 aufweist. Wie aus Fig. 3 ersichtlich, schließen die beiden Ränder 30 und 31 dieser radialen Ausnehmung 28 den radialen Anschlag 29 mit begrenztem Umfangsspiel ein.

Wie insbesondere aus Fig. 3 ersichtlich, erstreckt sich in der gezeichneten Lage der verschiedenen Bestandteile des Ventilan­ triebs bei geschlossenem Ventil 7 die Exzentrizität e der Exzen­ terscheibe 22 praktisch in Richtung der Achse des Kipphebels 9. In Verbindung mit dem begrenzten Spiel zwischen den Rändern 30 und 31 der Ausnehmung 28 und der Richtung des von der Feder 24 auf die Exzenterscheibe 22 ausgeübten Schwenkmoments hat dies folgende Arbeitsweisen des dargestellten Ventilantriebs zur Folge:

Zu Beginn der Ventilbetätigung, also bei Wirksamwerden des Nockens 5, schwenkt dieser den Kipphebel 9 in den Fig. 3 und 4 entgegen dem Uhrzeigersinne. An diesen Schwenkbewegungen nimmt auch die Buchse 27 ohne Mitnahme der Exzenterscheibe 22 zunächst teil, bis der Rand 31 ihrer Ausnehmung 28 zur Anlage an dem Anschlag 29 gelangt und dadurch eine weitere Verschwenkung der Buchse 27 verhindert, d. h. der Kipphebel 9 schwenkt nun­ mehr weiterhin entgegen dem Uhrzeigersinn um die Achse 26 der nun stehenden Buchse 27.

Bei Beginn der Schließbewegung des Ventils 7, die durch den Beginn der Schwenkbewegung des Kipphebels 9 in den Fig. 3 und 4 im Uhrzeigersinne eingeleitet wird, erfolgt durch das Spiel zwischen dem Anschlag 29 einerseits und dem Rand 30 der Ausneh­ mung 28 andererseits zunächst eine Mitnahme der Bestandteile 22 und 27 der Spielausgleichseinrichtung um die Achse 32, bis der Rand 30 zur Anlage an dem Anschlag 29 gelangt. Danach wirkt wiederum die Achse 26 als Schwenkachse und verändert dadurch beim Rückschwenken des Kipphebels 9 die Hebelübersetzung im Sinne einer geringen Spielerzeugung, so daß dann nach dem Ventilschluß die Feder 24 durch eine Verdrehung der kraftfreien Exzenterscheibe 22 eine Spielkompensation bewirkt.

Die Exzentrizität e sowie das von Feder 24 ausgeübte Federmoment sind so gewählt, daß die Exzenterscheibe 22 aufgrund der auf sie einwirkenden Kräfte und Momente das oben beschriebene Funktions­ verhalten zeigt.

Die beschriebene mechanische Spielausgleichsvorrichtung kann jeweils für die einzelnen Hebel 9 und 10, aber auch als einfache Vorrichtung für beide Hebel 9 und 10 ausgeführt werden; dann sind beide Kipphebel 9 und 10 unter Zwischenfügung des Exzenters 22 gelagert.

Mit der Erfindung ist also mit minimalem zusätzlichen Aufwand eine dahingehende Weiterbildung der Brennkraftmaschine nach der eingangs genannten DE 37 01 609 A1 geschaffen, daß auch das zweite Ventil im desaktivierten Zustand noch eine kleine Öffnungsbewegung ausführt.

Claims (7)

1. Brennkraftmaschine mit zumindest zwei Ein- oder Auslaß-Hubventilen (6, 7) und einer diesen zugeordneten Ventilsteuerung, enthaltend einen schwenkbar gelagerten ersten Übertragungshebel (9) nach Art eines Kipp- oder Schlepphebels zur permanenten Antriebsbewegungsübertragung von einem Nocken (5) auf ein erstes (7) der Ventile, einen ebenfalls schwenkbar gelagerten zweiten Übertragungshebel (10) nach Art eines Kipp- oder Schlepphebels zur Antriebsbewegungsübertragung auf das zweite Ventil (6) nach Einrücken zumindest eines ersten Klauenpaares (Klauen 11, 12) einer Klauenkupplung zwischen einander zugekehrten Stirnseiten der beiden Übertragungshebel (9, 10), die zum Ein- oder Ausrücken des ersten Klauenpaares (Klauen 11, 12) der Klauenkupplung längs einer gemeinsamen Schwenkachse (8) relativ zueinander verschiebbar gelagert sind, wobei die Klauenkupplung zumindest ein zweites Klauenpaar (Klauen 12, 16) an den einander zugekehrten Stirnseiten der Übertragungshebel (9, 10) enthält, dadurch gekennzeichnet, daß die Klauen (12, 16) des zweiten Klauenpaares über die Klauen (11, 12) des ersten Klauenpaares axial derart überstehen, daß ein Ausrücken des zweiten Klauenpaares (Klauen 12, 16) bei ausgerücktem ersten Klauenpaar (Klauen 11, 12) vermieden ist, wobei die Klauen (12, 16) des zweiten Klauenpaares in Umfangsrichtung derart angeordnet sind, daß sie erst in der Nähe des maximalen Nockenhubs einander bewegungsübertragend hintergreifen.

2. Brennkraftmaschine nach Anspruch 1, dadurch gekennzeichnet, daß zumindest ein Lagerbock (1) für die Schwenkachse (8) zur abstützenden Begrenzung der dem Ausrücken des ersten Klauenpaares (Klauen 11, 12) dienenden Relativverschiebung der Übertragungshebel (9, 10) herangezogen ist.

3. Brennkraftmaschine nach Anspruch 2, dadurch gekennzeichnet, daß der Lagerbock (1) auch einer den Nocken (5) tragenden Nockenwelle (4) zugeordnet ist.

4. Brennkraftmaschine nach einem der Ansprüche 1 bis 3, dadurch gekennzeichnet, daß zwischen den Übertragungshebeln (9, 10) eine Spreizkräfte im Sinne des Ausrückens ausübende Feder (13) angeordnet und zumindest einem der Übertragungshebel (10) eine Druckkammer (14) zur Erzeugung von den Spreizkräf­ ten entgegenwirkenden hydraulischen Druckkräften zugeordnet ist.

5. Brennkraftmaschine nach einem der Ansprüche 1 bis 4, dadurch gekennzeichnet, daß nur der zweite Übertragungshebel (10) während der Schließphasen des zweiten Ventils (6) längs der Schwenkachse (8) verschiebbar ist und eine entsprechend brei­ te Fläche zur Abstützung des Ventils (6) besitzt.

6. Brennkraftmaschine nach einem der Ansprüche 1 bis 5, dadurch gekennzeichnet, daß zum selbsttätigen Ausgleich von ver­ schleiß- oder wärmedehnungsbedingten Längenänderungen zu­ mindest einer der Übertragungshebel (9) auf einer drehfesten Schwenkachse (8) unter reibschlüssiger Zwischenfügung eines durch eine Feder (24) in Umfangsrichtung vorgespannten Exzenters (22) und einer Buchse (27) gelagert ist, die in einer Ausnehmung (28) mit begrenztem Spiel einen ortsfesten Anschlag (29) aufnimmt, wobei die Exzentrizität (e) des Exzenters (22) derart gewählt ist, daß während der Betätigung zumindest eines der Ventile (7) eine Veränderung des Über­ setzungsverhältnisses des Übertragungshebels (9) im Sinne der Erzeugung von Spiel nach dem Schließen des Ventils (7) auf­ tritt, das dann durch den vorgespannten Exzenter (22) beseitigt sind.

7. Brennkraftmaschine nach Anspruch 6, dadurch gekennzeichnet, daß beide Übertragungshebel (9, 10) unter Zwischenfügung eines gemeinsamen Erzenters (22) gelagert sind.