EP1490584B1 - Vorrichtung zur variablen steuerung der gaswechselventile einer brennkraftmaschine - Google Patents

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EP1490584B1
EP1490584B1 EP02747200A EP02747200A EP1490584B1 EP 1490584 B1 EP1490584 B1 EP 1490584B1 EP 02747200 A EP02747200 A EP 02747200A EP 02747200 A EP02747200 A EP 02747200A EP 1490584 B1 EP1490584 B1 EP 1490584B1
Authority
EP
European Patent Office
Prior art keywords
cam
piston
vertex
pressure
stepped bore
Prior art date
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Expired - Lifetime
Application number
EP02747200A
Other languages
English (en)
French (fr)
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EP1490584A2 (de
Inventor
Thomas Sebastian
Current Assignee (The listed assignees may be inaccurate. Google has not performed a legal analysis and makes no representation or warranty as to the accuracy of the list.)
Robert Bosch GmbH
Original Assignee
Robert Bosch GmbH
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Filing date
Publication date
Application filed by Robert Bosch GmbH filed Critical Robert Bosch GmbH
Publication of EP1490584A2 publication Critical patent/EP1490584A2/de
Application granted granted Critical
Publication of EP1490584B1 publication Critical patent/EP1490584B1/de
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Expired - Lifetime legal-status Critical Current

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    • F—MECHANICAL ENGINEERING; LIGHTING; HEATING; WEAPONS; BLASTING
    • F01—MACHINES OR ENGINES IN GENERAL; ENGINE PLANTS IN GENERAL; STEAM ENGINES
    • F01L—CYCLICALLY OPERATING VALVES FOR MACHINES OR ENGINES
    • F01L1/00—Valve-gear or valve arrangements, e.g. lift-valve gear
    • F01L1/02—Valve drive
    • F01L1/04—Valve drive by means of cams, camshafts, cam discs, eccentrics or the like
    • F01L1/08—Shape of cams
    • F—MECHANICAL ENGINEERING; LIGHTING; HEATING; WEAPONS; BLASTING
    • F01—MACHINES OR ENGINES IN GENERAL; ENGINE PLANTS IN GENERAL; STEAM ENGINES
    • F01L—CYCLICALLY OPERATING VALVES FOR MACHINES OR ENGINES
    • F01L13/00—Modifications of valve-gear to facilitate reversing, braking, starting, changing compression ratio, or other specific operations
    • F01L13/0015—Modifications of valve-gear to facilitate reversing, braking, starting, changing compression ratio, or other specific operations for optimising engine performances by modifying valve lift according to various working parameters, e.g. rotational speed, load, torque
    • F01L13/0057—Modifications of valve-gear to facilitate reversing, braking, starting, changing compression ratio, or other specific operations for optimising engine performances by modifying valve lift according to various working parameters, e.g. rotational speed, load, torque by splittable or deformable cams

Definitions

  • the invention relates to a device for variably controlling the gas exchange valves of an internal combustion engine, of which at least one gas exchange valve is driven by a cam of a camshaft, which has a cam contour with a cam base circle portion and a cam tip portion, according to the preamble of claim 1.
  • the prior art discloses various approaches for implementing a variable gas exchange valve control.
  • valve control devices are known in which the valve strokes are variable in stages.
  • a valve control device is for example in the EP 0 515 520 B1 described, which has a plunger of two concentric cup elements, of which the inner rests with its one end face on the valve stem of the gas exchange valve.
  • Tappet cooperates with the cam of a camshaft having three sub-cams with different cam tracks.
  • the two outer cam tracks have the same stroke course and act on the outer cup member.
  • the middle part cam has a deviating stroke curve with a lower lifting height and acts on the inner cup element.
  • the two concentric cup elements can be coupled together by hydraulic loading of a coupling element or moved independently in a second switching position of this coupling element.
  • the two cup elements are connected to each other so that they follow the stroke of the part cam with a larger stroke.
  • this movement is transmitted to the valve stem.
  • the two cup elements are independently movable.
  • the valve stem cooperates in this switching position with the middle part cam with a lower stroke.
  • the outer cup member follows the lifting movement of the outer part cam, but with no connection to the inner cup member or the valve stem.
  • the camshaft of DE 37 05 128 A1 has slidably mounted scenes on which can be moved by means of a spool more or less far out of the camshaft. Also from the US 5 505 168 and the WO 95/23912 It is known to adjust a cam mounted on the cam by means of an axially displaceable, integrated in the camshaft spool.
  • the piston can be moved out of or into the associated cam.
  • the cam contour of the cams is continuously variable, so that any lifting curves of the gas exchange valves can be achieved.
  • the lifting height, the valve opening time and speed are infinitely variably adjustable. Since the retractable and retractable piston slidably mounted in the otherwise unchanged cam and the plunger anyway no changes are necessary, conventional valve trains with minor modifications to be converted. In addition, no additional space for the piston is necessary because of the integration in the cam, resulting in a very small footprint results. Since the camshaft is fully retained as a control element, the functionality of the valve control is guaranteed even if the pressure medium supply fails. Overall, with the invention over the prior art, an extremely cost-effective valve train can be realized.
  • the nockengipfel workede end of the piston is formed crowned. Then the cam top can roll in each angular position on the associated plunger friction.
  • the piston in case of failure of the pressure medium supply, the piston is held in a defined position.
  • the internal combustion engine can continue to be operated with predetermined control times and valve strokes without the possibility of damaging operating conditions.
  • a ball which can be unrolled on a rolling surface of a tappet cooperating with the relevant cam is rotatably mounted on the cam tip end of the piston.
  • friction losses and wear between plunger and cam are significantly reduced.
  • For storage of the ball is at the nockengipfel documenten end of the piston preferably a-the radius of the ball corresponding spherical bearing surface .ausge, whose edge is crimped radially to the inside for grasping the ball.
  • the bearing surface of the ball is thereby advantageously by the already existing Lubricating oil system of the internal combustion engine supplied with lubricating oil, so that between the ball and bearing surface with respect to friction and wear favorable hydrodynamic lubricating film can form.
  • the piston is actuated by lubricating oil of the internal combustion engine. Since in an internal combustion engine already under pressure lubricating oil is present, can be dispensed with an additional hydraulic pressure medium supply for the piston actuation.
  • the piston is guided linearly by the cam. Its radial position influencing the valve lift and the timing of the associated gas exchange valve is preferably adjustable depending on the equilibrium of forces between the piston radially inwardly urging spring forces and radially outwardly urging pressure forces of the lubricating oil.
  • a continuous stepped bore extending in the direction of the cam center axis is provided, wherein a helical spring is supported, on the one hand, on a cam-top-side step of the stepped bore and, on the other hand, on an annular face of the piston pointing away from a bottom-side piston acting face.
  • a pressure chamber for the lubricating oil is formed between the active surface of the piston and a closure piece inserted into the end of the stepped bore pointing away from the cam tip section, which is in communication with a lubricating oil channel coaxial with the camshaft axis.
  • the piston has a connecting the bearing surface with the pressure chamber channel.
  • the closure piece is supported by a sleeve inserted into the stepped bore, which serves as a radially inner stop for the piston when the internal combustion engine is at rest or when the pressure medium supply fails. Then, the coil spring urges the piston against the sleeve, so that the piston is held in a defined position.
  • the pressure build-up or the pressure reduction in the pressure chambers of the cams provided with retractable and extendable pistons preferably takes place by means of a valve arrangement, each of which contains a switching valve upstream of the lubricating oil passage of the camshaft and one downstream of the lubricating oil passage of the camshaft.
  • FIGURE shows a duo sectional view of a cam as part of a preferred embodiment of a device according to the invention for the variable control of the gas exchange valves of an internal combustion engine.
  • cam contour of such a cam 1 includes a Nockengrund Vietnameseabites 4 with Nockengrund Vietnamese Radius R and a thereto eccentric cam tip section 6.
  • rotational position of the cam 1 is the cam tip portion 6 with a rolling surface 8 of a tappet 10 in contact, which transmits the rotational movement of the cam 1 as a linear lifting movement to the associated gas exchange valve.
  • a pressure medium-actuated, guided by the cam 1 and radially infinitely retractable and extendable piston 12 is provided, the end forms at least part of the cam tip section 6.
  • the radial position of the piston 12 is dependent on the equilibrium of forces between the piston 12 radially inwardly urging spring forces and radially outwardly urging pressure forces of a pressure medium adjustable.
  • the lubricating oil of the internal combustion engine is preferably used.
  • the piston 12 is guided in a running in the direction of the cam center axis 14, continuous stepped bore 16 of the cam 1, wherein a coil spring 18 on the one hand on a nockengipfel solutionen step 20 of the stepped bore 16 and on the other hand on a side facing away from a bottom piston effective surface 22 annular surface 24 of the piston 12 is supported, at which the piston 12 widens in diameter stepwise.
  • the piston 12 therefore consists of a smaller diameter, in or by a nockgipfel technologyen portion 26 of the stepped bore 16 projecting head portion 28 and the active surface 22 containing, larger diameter bottom portion 30.
  • the coil spring 18 is then in an annular space 32 between the outer periphery of the head portion 28th the piston 12 and the inner periphery of the larger diameter portion 34 of the stepped bore 16 is held.
  • a pressure chamber 38 is formed, which is in communication with a coaxial with the camshaft axis 40 lubricating oil passage 42, the Pressure chambers 38 of the cam 1 of the camshaft 2 interconnects.
  • the closure piece 36 may be held in the stepped bore 16, for example by screwing. A nockengipfel here the closure piece 36 supporting, each end open sleeve 44 serves as a radially inner stop for the piston 12 at pressure drop in the pressure chamber 38, for example in case of failure of the pressure medium supply or at standstill of the internal combustion engine.
  • the piston 12 is urged by the action of the coil spring 18 against the sleeve 44 and thus held in a defined position.
  • the bush 44 in its peripheral wall with the openings of the lubricating oil passage 42 aligned openings.
  • the sleeve 44 could form a one-piece component with the closure piece 38.
  • the nockengipfel workede end 46 of the piston 12 is formed crowned.
  • a spherical bearing surface 50 corresponding to the radius of the ball 48 is formed on the cam tip end 46 of the piston 12, the edge 52 of which is crimped radially inward for grasping the ball 48.
  • the bearing surface 50 of the ball 48 is supplied by the lubricating oil system of the internal combustion engine with lubricating oil, to which the piston 12 has a bearing surface 50 of the ball 48 with the pressure chamber 38 connecting central channel 54.
  • each one of the lubricating oil passage 42 of the camshaft 2 upstream and each one the lubricating oil passage 42 downstream switching valve includes ,

Landscapes

  • Engineering & Computer Science (AREA)
  • Mechanical Engineering (AREA)
  • General Engineering & Computer Science (AREA)
  • Valve Device For Special Equipments (AREA)
  • Valve-Gear Or Valve Arrangements (AREA)

Description

    Stand der Technik
  • Die Erfindung geht aus von einer Vorrichtung zur variablen Steuerung der Gaswechselventile einer Brennkraftmaschine, von welchen wenigstens ein Gaswechselventil von einem Nocken einer Nockenwelle angesteuert ist, der eine Nockenkontur mit einem Nockengrundkreisabschnitt und einem Nockengipfelabschnitt aufweist, gemäß dem Oberbegriff des Anspruchs 1. Der Stand der Technik offenbart verschiedene Ansätze zur Realisierung einer variablen Gaswechselventilsteuerung.
  • Einerseits sind teilvariable Ventilsteuerungsvorrichtungen bekannt, bei welchen die Ventilhübe in Stufen veränderbar sind. Eine solche Ventilsteuerungsvorrichtung ist beispielsweise in der EP 0 515 520 B1 beschrieben, welche einen Stößel aus zwei konzentrischen Tassenelementen aufweist, von denen das innere mit seiner einen Stirnseite am Ventilschaft des Gaswechselventils anliegt. Der Stößel wirkt mit dem Nocken einer Nockenwelle zusammen, der drei Teilnocken mit unterschiedlichen Nockenbahnen aufweist. Die beiden äußeren Nockenbahnen haben den gleichen Hubverlauf und wirken auf das äußere Tassenelement. Der mittlere Teilnocken hat einen davon abweichenden Hubverlauf mit geringerer Hubhöhe und wirkt auf das innere Tassenelement. Die beiden konzentrischen Tassenelemente können durch hydraulische Beaufschlagung eines Koppelelements miteinander gekoppelt oder in einer zweiten Schaltstellung dieses Koppelelements unabhängig voneinander bewegt werden. In der gekoppelten Stellung sind die beiden Tassenelemente miteinander verbunden, so dass diese dem Hubverlauf der Teilnocken mit größerem Hub folgen. Über das Koppelelement und das innere Tassenelement wird diese Bewegung auf den Ventilschaft übertragen. In der zweiten Schaltstellung des Koppelelements sind die beiden Tassenelemente unabhängig voneinander beweglich. Der Ventilschaft wirkt in dieser Schaltstellung mit dem mittleren Teilnocken mit geringerem Hub zusammen. Das äußere Tassenelement folgt der Hubbewegung der äußeren Teilnocken, wobei jedoch keine Verbindung zum inneren Tassenelement bzw. zum Ventilschaft besteht. Ein Vorteil solcher Ventiltriebe liegt darin, dass auch bei Ausfall des Schaltmechanismus weiterhin eine ordnungsgemäße Ventilsteuerung durch die Nockenwelle gewährleistet ist, außerdem lassen sich konventionelle Brennkraftmaschinen ohne allzu großen Aufwand umrüsten. Nachteilig ist jedoch, dass die Ventilhübe und Steuerzeiten lediglich in einer begrenzten Anzahl von Stufen veränderbar sind, wobei der stufenweise Übergang Probleme hinsichtlich Geräusch und Stetigkeit verursacht. Außerdem solche Systeme mechanisch aufwendig.
  • Zum anderen sind aus dem Stand der Technik, beispielsweise aus der DE 39 35 218 A1 , vollvariable Ventilsteuerungseinrichtungen als elektrohydraulische Ventiltriebe ohne Nockenwelle bekannt, bei welchen der Ventilschaft über eine Kolbenstange mit einem hydraulisch betätigbaren Differentialkolben gekoppelt ist, über den das einzelne Gaswechselventil unabhängig von den übrigen Gaswechselventilen direkt betätigbar ist. Infolgedessen sind für jedes Gaswechselventil stufenlos variable Ventilhübe und variable Steuerzeiten realisierbar. Hierbei werden für jedes Gaswechselventil zwei Steuerventile zur Betätigung des Differentialkolbens eingesetzt, so dass bei derzeit gängigen Vier-Ventilmotoren je Zylinder acht solcher Steuerventile notwendig sind, was sich aufgrund der hohen Anzahl von Komponenten negativ auf den benötigten Bauraum und die Fertigungskosten auswirkt. Zudem sind konventionelle Brennkraftmaschinen nur mit relativ hohem Aufwand auf die neue Technik umrüstbar. Ein besonderes Problem stellen die Notlaufeigenschaften dar, da ein Ausfall des Hydrauliksystems in der Regel auch einen Totalausfall der Ventilsteuerung bewirkt.
  • Aus der US 5,404,770 ist eine Vorrichtung bekannt, bei der der auf der Nockenwelle vorgesehene Nocken quer zur Nockenwellenachse hydraulisch verstellbar ist.
  • Die Nockenwelle der DE 37 05 128 A1 weist verschieblich gelagerte Kulissen auf, die mittels eines Steuerschiebers mehr oder weniger weit aus der Nockenwelle herausbewegt werden können. Auch aus der US 5 505 168 und der WO 95/23912 ist bekannt, einen auf der Nockenwelle gelagerten Nocken mittels eines axial verschieblichen, in der Nockenwelle integrierten Steuerschiebers zu verstellen.
    • Vorteile der Erfindung
  • Abhängig von den Druckverhältnissen des Druckmittels kann der Kolben aus dem zugeordneten Nocken aus- oder in ihn eingefahren werden. Somit ist die Nockenkontur der Nocken stufenlos veränderbar, so dass beliebige Hubkurven der Gaswechselventile erzielbar sind. Insbesondere sind die Hubhöhe, die Ventilöffnungszeit und -geschwindigkeit stufenlos variabel einstellbar. Da die ein- und ausfahrbaren Kolben in den ansonsten unveränderten Nocken verschieblich gelagert und an den Stößeln ohnehin keine Änderungen notwendig sind, können konventionelle Ventiltriebe mit geringen Modifikationen umgerüstet werden. Außerdem ist wegen der Integration in die Nocken kein zusätzlicher Bauraum für die Kolben notwendig, woraus ein sehr geringer Platzbedarf resultiert. Da die Nockenwelle als Steuerorgan vollständig erhalten bleibt, ist auch bei Ausfall der Druckmittelversorgung die Funktionstüchtigkeit der Ventilsteuerung gewährleistet. Insgesamt ist mit der Erfindung gegenüber dem Stand der Technik ein äußerst kostengünstiger Ventiltrieb realisierbar.
  • Durch die in den Unteransprüchen aufgeführten Maßnahmen sind vorteilhafte Weiterbildungen und Verbesserungen der im Patentanspruch 1 angegebenen Erfindung möglich.
  • Gemäß einer besonders zu bevorzugenden Maßnahme ist das nockengipfelseitige Ende des Kolbens ballig ausgebildet. Dann kann der Nockengipfel in jeder Winkellage auf dem zugeordneten Stößel reibungsarm abwälzen.
  • Besonders vorteilhaft ist weiterhin, dass bei Ausfall der Druckmittelversorgung der Kolben in einer definierten Lage gehalten ist. Hierdurch kann die Brennkraftmaschine mit vorbestimmten Steuerzeiten und Ventilhüben weiter betrieben werden, ohne dass sich schädigende Betriebszustände einstellen können.
  • Vorzugsweise ist am nockengipfelseitigen Ende des Kolbens eine auf einer Wälzfläche eines mit dem betreffenden Nocken zusammenwirkenden Stößels abrollbare Kugel drehbar gelagert. Hierdurch werden Reibungsverluste und Verschleiß zwischen Stößel und Nocken wesentlich reduziert. Zur Lagerung der Kugel ist am nockengipfelseitigen Ende des Kolbens vorzugsweise eine-dem Radius der Kugel- entsprechende sphärische Lagerfläche .ausgebildet, deren Rand zum Fassen der Kugel nach radial innen gebördelt ist. Die Lagerfläche der Kugel wird dabei in vorteilhafter Weise durch das bereits vorhandene Schmierölsystem der Brennkraftmaschine mit Schmieröl versorgt, so dass sich zwischen Kugel und Lagerfläche ein bezüglich Reibung und Verschleiß günstiger hydrodynamischer Schmierfilm ausbilden kann.
  • Gemäß einer weiteren zu bevorzugenden Maßnahme wird der Kolben durch Schmieröl der Brennkraftmaschine betätigt. Da bei einer Brennkraftmaschine ohnehin unter Druck stehendes Schmieröl vorhanden ist, kann auf eine zusätzliche hydraulische Druckmittelversorgung für die Kolbenbetätigung verzichtet werden.
  • In bevorzugter Weise wird der Kolben durch den Nocken linear geführt. Seine den Ventilhub und die Steuerzeiten des zugeordneten Gaswechselventils beeinflussende radiale Lage ist vorzugsweise abhängig vom Kräftegleichgewicht zwischen den Kolben nach radial innen drängenden Federkräften und ihn nach radial außen drängenden Druckkräften des Schmieröls einstellbar.
  • Zur Führung des Kolbens im Nocken ist eine in Richtung der Nockenmittelachse verlaufende, durchgehende Stufenbohrung vorgesehen, wobei sich eine Schraubenfeder einerseits an einer nockengipfelseitigen Stufe der Stufenbohrung und andererseits an einer von einer bodenseitigen Kolbenwirkfläche weg weisenden Ringfläche des Kolbens abstützt.
  • Gemäß einer Weiterbildung ist zwischen der Wirkfläche des Kolbens und einem in das vom Nockengipfelabschnitt weg weisende Ende der Stufenbohrung eingesetzten Verschlussstück eine Druckkammer für das Schmieröl ausgebildet, welche mit einem mit der Nockenwellenachse koaxialen Schmierölkanal in Verbindung steht. Zur Realisierung einer hydrodynamischen Schmierung an der Lagerfläche der Kugel weist der Kolben einen die Lagerfläche mit der Druckkammer verbindenden Kanal auf.
  • Am Verschlussstück stützt sich eine in die Stufenbohrung eingesetzte Büchse ab, die als radial innerer Anschlag für den Kolben bei ruhender Brennkraftmaschine oder bei einem Ausfall der Druckmittelversorgung dient. Dann drängt die Schraubenfeder den Kolben gegen die Büchse, so dass der Kolben in einer definierten Stellung gehalten wird.
  • Der Druckaufbau bzw. der Druckabbau in den Druckkammern der mit ein- und ausfahrbaren Kolben versehenen Nocken erfolgt vorzugsweise durch eine Ventilanordnung, welche je ein dem Schmierölkanal der Nockenwelle vorgeordnetes und je ein dem Schmierölkanal der Nockenwelle nachgeordnetes Schaltventil beinhalten.
    • Zeichnungen
  • Ein Ausführungsbeispiel der Erfindung ist in der Zeichnung dargestellt und in der nachfolgenden Beschreibung näher erläutert. Die einzige Figur zeigt eine Duerschnittsdarstellung eines Nockens als Teil einer bevorzugten Ausführungsform einer erfindungsgemäßen Vorrichtung zur variablen Steuerung der Gaswechselventile einer Brennkraftmaschine.
    • Beschreibung des Ausführungsbeispiels
  • Von einer Vorrichtung zur variablen Steuerung der Gaswechselventile einer Brennkraftmaschine ist in der Figur aus Maßstabsgründen nur einer von mehreren Nocken 1 einer Nockenwelle 2 im Querschnitt gezeigt. Die Nockenkontur eines solchen Nockens 1 beinhaltet einen Nockengrundkreisabschnitt 4 mit Nockengrundkreisradius R sowie einen hierzu exzentrischen Nockengipfelabschnitt 6. In der in der Figur gezeigten Drehlage des Nockens 1 steht der Nockengipfelabschnitt 6 mit einer Wälzfläche 8 eines Tassenstößels 10 in Kontakt, welcher die Drehbewegung des Nockens 1 als lineare Hubbewegung auf das zugeordnete Gaswechselventil überträgt.
  • Erfindungsgemäß ist zur variablen Verstellung der Nockenkontur ein druckmittelbetätigter, durch den Nocken 1 geführter und radial stufenlos ein- und ausfahrbarer Kolben 12 vorgesehen, der endseitig zumindest einen Teil des Nockengipfelabschnitts 6 bildet. In bevorzugter Ausführungsform ist die radiale Lage des Kolbens 12 abhängig vom Kräftegleichgewicht zwischen den Kolben 12 nach radial innen drängenden Federkräften und ihn nach radial außen drängenden Druckkräften eines Druckmittels einstellbar. Als Druckmittel wird vorzugsweise das Schmieröl der Brennkraftmaschine verwendet.
  • Der Kolben 12 ist in einer in Richtung der Nockenmittelachse 14 verlaufenden, durchgehenden Stufenbohrung 16 des Nockens 1 geführt, wobei sich eine Schraubenfeder 18 einerseits an einer nockengipfelseitigen Stufe 20 der Stufenbohrung 16 und andererseits an einer von einer bodenseitigen Kolbenwirkfläche 22 weg weisenden Ringfläche 24 des Kolbens 12 abstützt, an welcher sich der Kolben 12 im Durchmesser stufenartig erweitert. Der Kolben 12 besteht daher aus einem durchmesserkleineren, in bzw. durch einen nockengipfelseitigen Abschnitt 26 der Stufenbohrung 16 ragenden Kopfabschnitt 28 und einem die Wirkfläche 22 enthaltenden, durchmessergrößeren Bodenabschnitt 30. Die Schraubenfeder 18 ist dann in einem Ringraum 32 zwischen dem äußeren Umfang des Kopfabschnitts 28 des Kolbens 12 und dem inneren Umfang des durchmessergrößeren Abschnitts 34 der Stufenbohrung 16 gehalten.
  • Zwischen der bodenseitigen Wirkfläche 22 des Kolbens 12 und einem in das vom Nockengipfelabschnitt 6 weg weisende Ende des durchmessergrößeren Abschnitts 34 der Stufenbohrung 16 eingesetzten Verschlussstück 36 ist eine Druckkammer 38 ausgebildet, welche mit einem mit der Nockenwellenachse 40 koaxialen Schmierölkanal 42 in Verbindung steht, der die Druckkammern 38 der Nocken 1 der Nockenwelle 2 untereinander verbindet. Das Verschlussstück 36 kann in der Stufenbohrung 16 beispielsweise durch Verschraubung gehalten sein. Eine sich nockengipfelseitig am Verschlussstück 36 abstützende, jeweils endseitig offene Büchse 44 dient als radial innerer Anschlag für den Kolben 12 bei Druckabfall in der Druckkammer 38, beispielsweise bei Ausfall der Druckmittelversorgung oder bei Stillstand der Brennkraftmaschine. In solchen Fällen wird der Kolben 12 durch die Wirkung der Schraubenfeder 18 gegen die Büchse 44 gedrängt und somit in einer definierten Lage gehalten. Um den Zustrom von Schmieröl in die Druckkammer 38 bzw. das Weiterströmen von Schmieröl zur Druckkammer des nächsten Nockens nicht zu behindern, weist die Büchse 44 in ihrer Umfangswandung mit den Öffnungen des Schmierölkanals 42 fluchtende Durchbrüche auf. Alternativ könnte die Büchse 44 mit dem Verschlussstück 38 ein einstückiges Bauteil bilden. Nach radial außen ist der Bewegungshub des Kolbens 12 durch das zusammengepresste Windungspaket der Schraubenfeder 18 begrenzt, die sich gegen die Stufe 20 abstützt.
  • Um ein günstiges Abwälzverhalten des Nockengipfelabschnitts 6 auf der Wälzfläche 8 des Tassenstößels 10 zu gewährleisten, ist das nockengipfelseitige Ende 46 des Kolbens 12 ballig ausgebildet. In bevorzugter Weise ist am nockengipfelseitigen Ende 46 des Kolbens 12 eine auf der Wälzfläche 8 des Tassenstößels 12 abrollbare Kugel 48 drehbar gelagert. Hierzu ist am nockengipfelseitigen Ende 46 des Kolbens 12 eine dem Radius der Kugel 48 entsprechende sphärische Lagerfläche 50 ausgebildet, deren Rand 52 zum Fassen der Kugel 48 nach radial innen gebördelt ist. Das Lagerfläche 50 der Kugel 48 wird durch das Schmierölsystem der Brennkraftmaschine mit Schmieröl versorgt, wozu der Kolben 12 einen die Lagerfläche 50 der Kugel 48 mit der Druckkammer 38 verbindenden mittigen Kanal 54 aufweist.
  • Der Druckaufbau bzw. der Druckabbau in den Druckkammern 38 der mit ein- und ausfahrbaren Kolben 12 versehenen Nocken 1 erfolgt durch eine aus Maßstabsgründen nicht dargestellte Ventilanordnung, welche beispielsweise je ein dem Schmierölkanal 42 der Nockenwelle 2 vorgeordnetes und je ein dem Schmierölkanal 42 nachgeordnetes Schaltventil beinhaltet.
  • Vor diesem Hintergrund stellt sich die Funktion der erfindungsgemäßen Vorrichtung zur variablen Steuerung von Gaswechselventilen einer Brennkraftmaschine wie folgt dar:
    • Kennlinienabhängig wird mittels der Ventilanordnung von der Motorsteuerung im Schmierölkanal 42 bzw. in den an diesen angeschlossenen Druckkammern 38 ein Schmieröldruck zur Erzeugung von Druckkräften an den Wirkflächen 22 der Kolben 12 eingestellt, welche im Kräftegleichgewicht mit den Federkräften der Schraubenfedern 18 eine bestimmte gemeinsame radiale Position der Kolben 12 in Bezug zu den zugeordneten Nocken 1 hervorrufen. Die sich einstellende radiale Position der Kolben 12 entspricht dabei den gewünschten Ventilhüben, Ventilöffnungszeiten und Ventilöffnungsgeschwindigkeiten. Zur stufenlosen Verstellung dieser Parameter wird lediglich der Schmieröldruck in den Druckkammern 38 entsprechend angepasst, so dass sich eine neue radiale Lage der Kolben 12 einstellen kann.
    • Gemäß der vorangehend beschriebenen bevorzugten. Ausführungsform der Erfindung werden zur Einstellung der radialen Lage der Kolben 12 einseitig wirkende Federmittel 18 verwendet. Gemäß einer weiteren Ausführungsform könnten auf die Kolben 12 jedoch auch beidseitig Federmittel und zusätzlich einseitig das Druckmittel wirken. Als weitere Variante könnten zumindest einige der Kolben als Differentialkolben ausgeführt sein, welche beidseitig mit Druckmittel beaufschlagt sind. Hierbei können auch zusätzlich Federmittel vorgesehen sein, welche in einer oder beiden Bewegungsrichtungen der Kolben unterstützend wirken sowie diese bei Ausfall der Druckmittelversorgung in eine definierte Lage drängen und sie dort halten.

Claims (13)

  1. Vorrichtung zur variablen Steuerung der Gaswechselventile einer Brennkraftmaschine, von welchen wenigstens ein Gaswechselventil von einem Nocken (1) einer Nockenwelle (2) angesteuert ist, der eine Nockenkontur mit einem Nockengrundkreisabschnitt (4) und einem Nockengipfelabschnitt (6) aufweist, wobei zur variablen Verstellung der Nockenkontur ein druckmittelbetätigter, durch den Nocken (1) geführter und radial stufenlos ein- und ausfahrbarer Kolben (12) vorgesehen ist, dadurch gekennzeichnet, dass der Nocken (1) eine in Richtung der Nockenmittelachse (14) verlaufende durchgehende Stufenbohrung (16) mit einem durchmesserkleineren nockengipfelseitigen Abschnitt (26) und einem durchmessergrößeren zweiten Abschnitt aufweist, in der der Kolben (12) geführt ist, wobei der Kolben (12) mit einem Kopfabschnitt (28) durch den durchmesserkleineren nockengipfelseitigen Abschnitt (26) hindurchragt und an seinem nockengipfelseitigen Ende (46) zumindest einen Teil des Nockengipfelabschnitts (6) bildet.
  2. Vorrichtung nach Anspruch 1, dadurch gekennzeichnet, dass das nockengipfelseitige Ende (46) des Kolbens (12) im wesentlichen ballig ausgebildet ist.
  3. Vorrichtung nach Anspruch 2, dadurch gekennzeichnet, dass der Kolben (12) bei Ausfall der Druckmittelversorgung in einer definierten Lage gehalten ist.
  4. Vorrichtung nach Anspruch 3, dadurch gekennzeichnet, dass am nockengipfelseitigen Ende (46) des Kolbens (12) eine auf einer Wälzfläche (8) eines mit dem betreffenden Nocken (1) zusammenwirkenden Stößels (10) abrollbare Kugel (48) drehbar gelagert ist.
  5. Vorrichtung nach Anspruch 4, dadurch gekennzeichnet, dass am nockengipfelseitigen Ende (46) des Kolbens (12) eine dem Radius der Kugel (48) entsprechende sphärische Lagerfläche (50) ausgebildet ist, deren Rand (52) zum Fassen der Kugel (48) nach radial innen gebördelt ist.
  6. Vorrichtung nach Anspruch 5, dadurch gekennzeichnet, dass die Lagerfläche (50) der Kugel (48) durch das Schmierölsystem der Brennkraftmaschine mit Schmieröl versorgt ist.
  7. Vorrichtung nach Anspruch 6, dadurch gekennzeichnet, dass der Kolben (12) im Nocken (1) linear geführt und durch Schmieröl der Brennkraftmaschine betätigt ist.
  8. Vorrichtung nach Anspruch 7, dadurch gekennzeichnet, dass die radiale Lage des Kolbens (12) abhängig vom Kräftegleichgewicht zwischen den Kolben (12) nach radial innen drängenden Federkräften und ihn nach radial außen drängenden Druckkräften des Schmieröls einstellbar ist.
  9. Vorrichtung nach Anspruch 7 oder 8, dadurch gekennzeichnet, dass der Kolben (12) in einer in Richtung der Nockenmittelachse (14) verlaufenden, durchgehenden Stufenbohrung (16) geführt ist, wobei sich eine Schraubenfeder (18) einerseits an einer nockengipfelseitigen Stufe (20) der Stufenbohrung (16) und andererseits an einer von einer bodenseitigen Kolbenwirkfläche (22) weg weisenden Ringfläche (24) des Kolbens (12) abstützt.
  10. Vorrichtung nach Anspruch 9, dadurch gekennzeichnet, dass zwischen der Wirkfläche (22) des Kolbens (12) und einem in das vom Nockengipfelabschnitt (6) weg weisende Ende der Stufenbohrung (16) eingesetzten Verschlussstück (36) eine Druckkammer (38) für das Schmieröl ausgebildet ist, welche mit einem mit der Nockenwellenachse (40) koaxialen Schmierölkanal (42) in Verbindung steht.
  11. Vorrichtung nach Anspruch 10, dadurch gekennzeichnet, dass sich am Verschlussstück (36) eine in die Stufenbohrung (16) eingesetzte Büchse (44) abstützt, die als radial innerer Anschlag für den Kolben (12) dient.
  12. Vorrichtung nach den Ansprüchen 4 bis 11, dadurch gekennzeichnet, dass der Kolben (12) einen die Lagerfläche (50) der Kugel (48) mit der Druckkammer (38) verbindenden Kanal (54) aufweist.
  13. Vorrichtung nach einem der vorhergehenden Ansprüche, dadurch gekennzeichnet, dass der Druckaufbau bzw. der Druckabbau in den Druckkammern (38) der mit ein- und ausfahrbaren Kolben (12) versehenen Nocken (1) durch eine Ventilanordnung erfolgt, welche je ein dem Schmierölkanal (42) der Nockenwelle (2) vorgeordnetes und je ein dem Schmierölkanal (42) nachgeordnetes Schaltventil beinhaltet.
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