DE4411182B4

DE4411182B4 - Schaltbare Ventilsteuerung für Brennkraftmaschinen

Info

Publication number: DE4411182B4
Application number: DE19944411182
Authority: DE
Inventors: Leopold Dipl.-Ing. Müller; Frank Dr.-Ing. Schwabe
Original assignee: IAV GmbH Ingenieurgesellschaft Auto und Verkehr
Current assignee: IAV GmbH Ingenieurgesellschaft Auto und Verkehr
Priority date: 1994-03-31
Filing date: 1994-03-31
Publication date: 2004-04-08
Anticipated expiration: 2014-04-01
Also published as: DE4411182A1

Abstract

Schaltbare Ventilsteuerung für Brennkraftmaschinen,
mit mindestens zwei auf einem Lagerbolzen (4) schwenkbar angeordneten Übertragungshebeln (5; 6), von denen mindestens einer (5) von einem Nocken (2) angetrieben ist und ein weiterer (6) mit einem Ventil (9) im Eingriff steht und diese beiden Übertragungshebel (5; 6) miteinander koppelbar sind, so dass sie sich gemeinsam dann nur als eine Einheit bewegen,
wobei einer (6) der beiden koppelbaren Übertragungshebel (5; 6) eine radiale Innenkontur aufweist, die einer radialen Außenkontur des anderen (5) der beiden koppelbaren Übertragungshebel (5; 6) gegenüberliegt, und mit einer Mitnehmereinrichtung (12) ausgestattet ist, die einen Mitnehmerbolzen (13) und einem Ausweiserbolzen (121) aufweist,
wobei der Mitnehmerbolzen (13) in einem (6) der beiden koppelbaren Übertragungshebel (5; 6) angeordnet und für die Kopplung hydraulisch zusätzlich in den anderen (5) der beiden koppelbaren Übertragungshebel (5; 6) bei Durchlaufen des Nockengrundkreises (3) schiebbar ist
und der Ausweiserbolzen (121) gleichachsig zum Mitnehmerbolzen...

Description

Die Erfindung betrifft ein schaltbare Ventilsteuerung für Brennkraftmaschinen, gemäß dem Oberbegriff von Haupt- und Nebenanspruch.
Vorbekannt sind gattungsgemäße, schaltbare Ventilsteuerungen für Brennkraftmaschinen durch die Schrift DE 38 00 347 C2 . Ein erster auf einer Welle im Zylinderkopf gelagerter Übertragungshebel steht einerseits mit dem ersten Nocken für geringes Öffnen im Eingriff und ist über eine Spielausgleichsvorrichtung am Ventil abgestützt. Ein zweiter U-förmiger Übertragungshebel steht mit den Nockenhälften des 2. Nockens für größtes Öffnen im Eingriff und ist mittels einer Mitnehmereinrichtung an den ersten Übertragungshebel, somit wirksam für den Ventilhub, ankoppelbar. Die Mitnehmereinrichtung ist als schaltbare radiale Stiftkupplung zwischen angrenzenden radialen Konturen beider Übertragungshebel ausgestaltet. Mit ähnlichem Aufbau werden auch Ventilabschaltungen realisiert.
Vorbekannt ist eine solche Mitnehmereinrichtung auch durch die US-PS 46 12 887 . Ein erster im Zylinderkopf schwenkbarer Kipphebel, der das Ventil betätigt weist einen zweiten an ihm schwenkbar gelagerten Druckhebel auf, der ständig mittels Federkraft mit dem Nocken im Eingriff steht. Die Mittelachse des hydraulisch schiebbaren Mitnehmerbolzens und dessen Aufnahmebohrung schneidet die Schwenkachse des Druckhebels.
Bei unwirksamer Mitnehmereinrichtung, das Ventil ist abgeschaltet, bewegt sich der Druckhebel frei gegenüber dem Kipphebel. Bei wirksamer Mitnehmereinrichtung wird die Bewegung des Nockens über den Druckhebel auf den Kipphebel und das Ventil übertragen.
Nachteilig bei diesen Ausführungen ist einerseits, daß die Mitnehmer direkt vom Öldruck gegen Federkraft verlagert und im Eingriff gehalten werden und im Eingriffszustand eine nur vom übertragenen Moment abhängige, geringe Selbsthemmung besteht und andererseits, der Mitnehmerbolzen mit seiner gesamten Kreiskontur gleichzeitig durch eine reine axiale Verlagerung in der Mitnehmerbohrung zum Eingriff gelangt.
Vorbekannt sind aus der Schrift DE 42 13 856 A1 schaltbare Ventiltriebe für Gaswechselventile von Verbrennungsmotoren, bei denen zwischen parallel zueinander bewegbaren Stößelelementen jeweils eine Mitnehmereinrichtung angeordnet ist.
Derartige Mitnehmereinrichtungen weisen ein oder mehrere zylinderförmige, mit einer Sperrschräge ausgestattete Sperrelemente auf, die auf schaltbare Mitnehmer, ausgeführt als Kugeln, einwirken. Während des Durchlaufs des Nockengrundkreises sind die Mitnehmer zwischen den Stößelelementen in den Eingriff zu bringen, d. h., die Mitnehmer verbinden beide Stößelelemente für ein gemeinsames Bewegen. Dabei ist das Sperrelement oder sind die Sperrelemente durch alternatives Beaufschlagen mit Druckmittel alternativ in eine Sperr- oder Freigabestellung für die Mitnehmer zu stellen. Die Bewegung der Sperrelemente erfolgt quer zur Längsachse der Stößelelemente und damit auch quer zu deren alternativer Bewegungsrichtung. Durch diese Lage unterliegen die Sperrelemente nicht den durch die alternierenden Bewegungen verursachten Massenkräften und deren Einflüssen, sondern einer ungestörten Selbsthemmung in der jeweils durch Druckbeaufschlagung eingestellten Lage zum Sperren oder Freigeben der Mitnehmer.
Die Erfindung liegt die Aufgabe zugrunde, gattungsgemäße schaltbare Ventilsteuerungen mit radialwirkenden Mitnehmereinrichtungen so zu gestalten, dass der Eingriffsvorgang des Mitnehmerbolzens in die Mitnehmerbohrung durch eine überlagerte Bewegung vor dem Erreichen des Umlaufbereiches gleicher Grundkreise gefördert wird.
Erfindungsgemäß wird durch die im kennzeichnenden Teil des Hauptanspruches beschriebene Gestaltung erreicht, dass die obere Kante des Mitnehmerbolzens bei Annäherung an den Umlaufbereich gleicher Grundkreise zwangsläufig in den oberen Bereich der Mitnehmerbohrung einschwenkt und auf diese Weise vorzentriert wird. Nach dem Erreichen des Bereiches gleicher Grundkreise kann der Mitnehmerbolzen in die Mitnehmerbohrung zügig axial eingeschoben werden.
Die Merkmale der weiteren Unteransprüche sind mit ihren Vorteilen in der Beschreibung erläutert.
Anhand von Zeichnungen werden nachfolgend Ausführungsbeispiele der Erfindung erläutert. Es zeigt:
1 eine Seitenansicht einer Ventilsteuerung mit einer Mitnehmereinrichtung im Teilschnitt mit Blickrichtung senkrecht auf die Übertragungshebel und die Nockenwelle;
2 u. 3 einen Teilschnitt der Übertragungshebel mit unwirksamer und wirksamer Mitnehmereinrichtung, angeordnet am oberen Bereich oder neben dem Versorgungsraum des hydraulischen Spielausgleichselementes;
4 eine Seitenansicht einer Ventilsteuerung im Teilschnitt mit Blickrichtung senkrecht auf die Übertragungshebel und die Nockernwelle; mit einer erfindungsgemäß gestalteten Mitnehmereinrichtung
5 eine Seitenansicht einer Ventilsteuerung mit einer anders als in 1 und 4 über der Nockenwelle angeordneten Mitnehmereinrichtung im Teilschnitt mit Blickrichtung senkrecht auf die Übertragungshebel und die Nockenwelle.
In 1 ist schematisiert die im Zylinderkopf gelagerte Nockenwelle 1 mit einem Nocken 2 und einer unterschiedlichen Stützkontur 3, die dem Grundkreis des Nockens 2 entspricht, dargestellt, die einem Ventil bzw. Ventilpaar zugeordnet ist. Der Nocken 2 ist mittig und ein- oder beidseitig von diesem ist eine Stützkontur 3 angeordnet, die das Ventil im Prinzip geschlossen lässt oder aber zur Selbstreinigung nur zur Freigabe eines ganz geringen Luftspaltes öffnet.
Mit dem Nocken 2 steht ein Übertragungshebel 5 durch die Kraft einer am Zylinderkopf gegengelagerten Zugfeder 8 ständig im Eingriff, während der Stützkontur 3 ein U-förmiger Übertragungshebel 6 für den Eingriff zugeordnet ist. Die Übertragungshebel 5; 6 sind unabhängig voneinander schwenkbar auf einem im Zylinderkopf angeordneten Lagerbolzen 4 oder ggf. auf einer auf dem Lagerbolzen 4 schwenkbaren Lagerbüchse 7 gelagert, wobei sie jeweils um die Längsachse A4 des Lagerbolzens 4 schwenken.
Der Übertragungshebel 6 stützt sich über eine in ihm gelagerte Spielausgleichseinrichtung 10 auf dem Schaft eines Ventils 9 ab und stellt den Eingriff zu der Stützkontur 3 her. Die Übertragungshebel 5; 6 sind mittels einer Mitnehmereinrichtung 12 formschlüssig koppelbar, dargestellt in Fig. 3.
In 2 und 3 ist der Aufbau der Mitnehmereinrichtung 12 erkennbar. Ein Bolzen 13 bildet den Mitnehmen, den ein parallel zur Nockenwelle schiebbares Sperrelement 14 im Übertragungshebel 6 in eine Bohrung 51 des Übertragungshebels 5 in Eingriff bringen kann. Dies ist jedoch ausschließlich beim Durchlaufen des Bereiches paralleler Grundkreissektoren des Nockens 2 und der Stützkontur 3 bzw. der Nockenhälften möglich. Das Sperrelement 14 weist hierzu jeweils eine Kontur 15 auf, die den Bolzen 13 beim Hub des Sperrelementes 14 unter Wirkung von Öldruck in Sperrstellung, bei Eingriff in die Bohrung 51 im Übertragungshebel 5, verlagert und in dieser hält. In der gezeigten Ausführung weisen sowohl der Bolzen 13 als auch die Kontur 15 komplementäre sphärische Formen auf. Dem Eingriff des Bolzens 13 entgegenwirkend, steht der Ausweiserbolzen 121 unter der Wirkung der Kraft einer Feder 52, die am Grund der Bohrung 51 abgestützt ist.
Das in der Führungsbohrung 16 im Übertragungshebel 6 dichtend geführte Sperrelement 14 ist über Kanäle 17; 18 alternativ mit Druck beaufschlagbar und damit zu verlagern. Wechselweise speist die Überströmbohrung 21 oder 22 den Versorgungsraum 20 des Spielausgleichselementes 10. Über den Kurzschlussquerschnitt 19 wird eine ständig geringe Durchströmung des beaufschlagten und unbeaufschlagten Schaltkanals 17; 18 erreicht.
Mit solch einer Mitnehmereinrichtung kann sowohl eine Ventilabschaltung als auch eine alternative Umschaltung zwischen zwei unterschiedlichen Nocken bewirkt werden. Bei einer Ventilumschaltung sind die in 1 dargestellten Stützkonturen 3 jeweils durch Hälften eines Nockens ersetzt.
Denkbar wäre es auch, zur Steuerung eines Auslassventils die Hälften des Nockens für dessen normale Auslassfunktion zu bemessen, jedoch den Nocken 2 zur Steuerung dieses Auslassventils für einen Motorbremsbetrieb, durch Entlastung des Verdichtungsdruckes, vorzusehen.
4 zeigt eine Mitnehmereinrichtung 12 mit der erfindungsgemäßen Ausrichtung der Schubachse S für den Mitnehmer 13 und den Ausweiserbolzen 121, die auch für die in den 1 bis 3 und 5 dargestellten Mitnehmereinrichtunden gilt.
Dadurch, dass erfindungsgemäß die Schubachse S als Sekante durch den Querschnitt des Lagerbolzens 4 unterhalb dessen Längsachse A4 verläuft, schwenkt die obere Kante des Mitnehmerbolzens 13 bei Annäherung an den Umlaufbereich gleicher Grundkreise in den oberen Bereich der Mitnehmerbohrung 51 ein und wird auf diese Weise vorzentriert und kann nach dem Erreichen des Bereiches gleicher Grundkreise besser axial in die Mitnehmerbohrung 51 eingeschoben werden.
Die Mitnehmereinrichtung 12 kann konstruktiv vorteilhaft auch über der Nockenwelle 1 angeordnet sein, wie in 5 für eine Ventilabschaltung dargestellt. Dabei ist an der Nockenwelle 1 eine Stützkontur 3 entfallen. Der Übertragungshebel 6 wird bei unwirksamer Mitnehmereinrichtung 12 vom Spielausgleichselement 10 gegen einen zum Zylinderkopf festen Anschlag 30 angelegt und in einer dem Grundkreis des Nockens 2 entsprechenden Lage, Hub = Null, gehalten. Die Andruckkraft des Spielausgleichselementes 10 wirkt damit nicht gegen den Nocken 2.
Die in 1 dargestellte Feder 8 kann auch durch eine gewundene oder gerade Biegefeder bzw. Haarnadelfeder mit entsprechender Funktion ersetzt werden.
Bei konstruktiver Notwendigkeit kann die Schubachse des Sperrschiebers 14 und damit dessen Führungsbohrung 16 auch geneigt zur Achse der Nockenwelle 1 verlaufend angeordnet sein.

Claims

Schaltbare Ventilsteuerung für Brennkraftmaschinen, mit mindestens zwei auf einem Lagerbolzen (4) schwenkbar angeordneten Übertragungshebeln (5; 6), von denen mindestens einer (5) von einem Nocken (2) angetrieben ist und ein weiterer (6) mit einem Ventil (9) im Eingriff steht und diese beiden Übertragungshebel (5; 6) miteinander koppelbar sind, so dass sie sich gemeinsam dann nur als eine Einheit bewegen, wobei einer (6) der beiden koppelbaren Übertragungshebel (5; 6) eine radiale Innenkontur aufweist, die einer radialen Außenkontur des anderen (5) der beiden koppelbaren Übertragungshebel (5; 6) gegenüberliegt, und mit einer Mitnehmereinrichtung (12) ausgestattet ist, die einen Mitnehmerbolzen (13) und einem Ausweiserbolzen (121) aufweist, wobei der Mitnehmerbolzen (13) in einem (6) der beiden koppelbaren Übertragungshebel (5; 6) angeordnet und für die Kopplung hydraulisch zusätzlich in den anderen (5) der beiden koppelbaren Übertragungshebel (5; 6) bei Durchlaufen des Nockengrundkreises (3) schiebbar ist und der Ausweiserbolzen (121) gleichachsig zum Mitnehmerbolzen (13) und diesem unter Federvorspannung entgegenwirkend in dem anderen (5) der beiden koppelbaren Übertragungshebel (5; 6) angeordnet ist, dadurch gekennzeichnet, dass die verlängerte, gemeinsame Schubachse (S) von Mitnehmerbolzens (13) und Ausweiserbolzens (121) eine durch den Querschnitt des Lagerbolzens (4) unterhalb der einer Längsachse (A4) des Lagerbolzens (4) verlaufende Sekante bildet.
Schaltbare Ventilsteuerung nach Anspruch 1, dadurch gekennzeichnet, dass der Mitnehmerbolzen (13) mittels eines vorzugsweise parallel zur Längsachse (A4) des Lagerbolzens (4) hydraulisch zu verlagernden Sperrschiebers (14) über dessen ansteigende Stützflächen (15) in den angrenzenden Übertragungshebel (5) verschiebbar ist.
Schaltbare Ventilsteuerung nach Anspruch 2, dadurch gekennzeichnet, dass bei einem zweiarmig ausgebildeten, über eine Spielausgleichseinrichtung (10) am Ventil (9) abgestützten Übertragungshebel (5) eine Führungsbohrung (16) für den Sperrschieber (14) oberhalb des Eingriffsbereiches an der Nockenwrelle (1) auf der dem Ventil abgewandten Seite des Übertragungshebels (5) angeordnet ist.
Schaltbare Ventilsteuerung nach Anspruch 3, dadurch gekennzeichnet, dass die Führungsbohrung (16) des Sperrschiebers (14) am oberen Bereich oder neben einer, zusätzlich einen Versorgungsraum (20) des Spielausgleichselements (10) bildenden Aufnahmebohrung verläuft.
Schaltbare Ventilsteuerung nach Anspruch 4, dadurch gekennzeichnet, dass jeweils ein Schaltölkanal für den Sperrschieber (14) in dessen Endlagen alternativ mit dem Versorgungsraum (20) des hydraulischen Spielausgleichselements (10) verbunden ist.
Schaltbare Ventilsteuerung nach Anspruch 5, dadurch gekennzeichnet, dass jeweils der beaufschlagte Schaltölkanal (17; 18) über eine vom Sperrschieber (14) in dessen Führungsbohrung (16) freigegebene Überströmbohrung (22) mit dem Versorgungsraum (20) des hydraulischen Spielausgleichselements (10) verbunden ist.
Schaltbare Ventilsteuerung nach Anspruch 5 oder 6, dadurch gekennzeichnet, dass der Sperrschieber (14) oder der mit dem Ventil (9) im Eingriff stehende Übertragungshebel (6) einen Überströmkanal (19) zwischen den beiden Schaltölkanälen (17; 18) aufweist.
Schaltbare Ventilsteuerung nach einem der vorangehenden Ansprüche, dadurch gekennzeichnet, dass der mit dem Ventil (9) im Eingriff stehende Übertragungshebel (6) bei unwirksamer Mitnehmereinrichtung (12) an einem zum Zylinderkopf festen Anschlag (30) anliegt und in einer der Anlage des anderen Übertragungshebels (5) am Grundkreis (3) des Nockens (2) entsprechenden Lage gehalten wird.