DE4201473C2 - Steuervorrichtung für Ladungswechselventile einer Brennkraftmaschine mit zumindest einem desaktivierbaren Nocken auf einer Nockenwelle - Google Patents

Description

Die Erfindung betrifft eine Steuervorrichtung gemäß dem Oberbegriff des Patent­ anspruchs 1, wie sie aus der DE 39 20 938 A1 bekannt ist.

Eine Vorrichtung dieses Aufbaus dient entweder zur Abschaltung einzelner Zylinder der Maschine durch Nichtbetätigen der Ventile dieser Zylinder oder bei mit mehreren Einlaßventilen ausgerüsteten Zylindern dazu, bei niedrigen Maschinendrehzahlen und im Teillastgebiet einzelne Einlaßkanäle durch Nicht­ betätigen, daß heißt Nichtöffnen, der zugeordneten Einlaßventile zu sperren. Ein besonderer Vorteil der aus der genannten Offenlegungsschrift bekannten Vorrichtung ist daran zu sehen, daß sie den Zeitpunkt der Desaktivierung des betreffenden Ventils genau zu wählen gestattet. Dies ist verständlicher­ weise deshalb von Bedeutung, weil durch den Vorgang der Desaktivierung des Nockens der Arbeitszyklus des zugehörigen Zylinders der Maschine nicht gestört werden darf und deshalb die Desaktivierung dann erfolgen muß, wenn das be­ treffende Ventil seine Schließstellung zumindest annähernd erreicht hat. Die bekannte Vorrichtung stellt dies auf hydraulischen Wege mit einer sehr einfachen Konstruktion dadurch sicher, daß sie das von der Schließfeder des jeweiligen Ventils auf den Nocken ausgeübte Drehmoment in einer bestimmten Phase des Ventilarbeitsspiels, nämlich gegen Ende seiner Schließbewegung, dazu ausnutzt, eine Kraft zum Ausrücken der Klauenkupplung zu erzeugen und damit die Desaktivierung des betreffenden Nockens einschließlich des Ventils vorzubereiten.

Da demgemäß vom Ventil selber ausgeübte, seine jeweilige Arbeitsphase an­ zeigende Kräfte bzw. Momente letztliche die Desaktivierung des zugehörigen Nockens bewirken, sind Schwierigkeiten hinsichtlich der Synchronisierung der Öffnungsbewegung der betreffenden Klauenkupplung mit dem Arbeitszyklus des zugehörigen desaktivierbaren Ventils vermieden.

Insbesondere bei hohen Drehzahlen der Maschinen muß zur Aktivierung des betreffenden Nockens und des durch ihn betätigten Ventils die Klauenkupplung sehr schnell einrücken.

Der Erfindung liegt die Aufgabe zugrunde, die eingangs beschriebene Vorrichtung unter Wahrung ihrer Vorteile hinsichtlich des schnellen Einrückens der Klauenkupplung zu verbessern.

Die erfindungsgemäße Lösung dieser Aufgabe besteht in den kennzeichnenden Merkmalen des Patentanspruchs 1, eine vorteilhafte Ausbildung der Erfindung beschreibt der einzige Unteranspruch.

Die Erfindung geht von der Tatsache aus, daß auch nach Vorliegen desjenigen Drucks im Druckraum, der die zum Einrücken der Klauenkupplung an sich er­ forderliche Axialkraft erzeugt, eine Bewegung der Schiebemuffe im Sinne des Einrückens der Klauenkupplung erst dann erfolgen kann, wenn die Klauen der Klauenkupplung eine vorgegebene Winkelstellung relativ zueinander be­ sitzen. Das bedeutet, daß der relativ hohe Druck im Druckraum die Schiebe­ muffe nur so weit auf der Nockenwelle verschieben kann, bis die Stirnflächen der Klauen aufeinander gleiten, die Klauen also noch nicht in gegenseitigen Eingriff gekommen sind. Die Erfindung sieht nun eine Speicherung des während dieser Phase hohen Drucks des hydraulischen Mediums im Druckraum vor, bis es zum Einfallen der Klauen und damit zum Einrücken der Kupplung kommt; sobald die relative Winkellagen der Klauen das Einrücken zulassen, erfolgt eine Entspannung des gespeicherten hohen Drucks durch Volumenvergrößerung infolge Verschiebung der Schiebemuffe im Sinne des Einrückens der Kupplung.

Man kann die Erfindung auch so definieren, daß der Druckspeicher den kon­ tinuierlichen Zufluß des für den Einrückvorgang erforderlichen Druckmedium­ volumens bereits in der beschriebenen Phase vor dem Einrücken der Kupplung ermöglicht, so daß im Augenblick des Einrückens, also der Axialbewegung der Schiebemuffe, das für die damit verbundene Vergrößerung des Volumens des Druckraums erforderliche Druckmediumvolumen bereits "vor Ort" vorhanden ist.

Ein Ausführungsbeispiel der Erfindung wird im folgenden anhand der Zeichnung erläutert, die einen Längsschnitt wiedergibt.

Die eigentliche Nockenwelle ist mit 1 bezeichnet. Sie trägt sowohl mehrere dauernd drehfest mit ihr verbundene Nocken 2, 3 und 4 als auch mehrere des­ aktivierbare Nocken 5, 6 und 7, das heißt Nocken, die nur zeitweise drehfest mit der eigentlichen Nockenwelle 1 verbunden sind. Diese desaktivierbaren Nocken 5, 6 und 7 sind in diesem Ausführungsbeispiel nicht nur drehbar, sondern auch axial verschieblich auf Hülsen 8, 9 und 10 gelagert, die gleich­ sam Abstandshülsen bilden und drehfest mit der eigentlichen Nockenwelle 1 verbunden sind. Ferner erstrecken sich zwischen diesen Abstandhülsen 8, 9 und 10 weitere, axial unverschieblich und drehfest mit der eigentlichen Nockenwelle 1 verbundene hülsenartige Teile 11, 12 und 13, die sowohl Stütz­ lager für die Nockenwelle sind als auch nockenwellenfeste Bestandteile von Klauenkupplungen 14, 15 und 16 zur zeitweiligen drehfesten Arretierung der desaktivierbaren Nocken 5, 6 und 7 bilden. Zu diesem Zweck trägt jedes dieser Teile 11, 12 und 13 auf seiner in Fig. 1 rechten Stirnseite zumindest eine klauenartige Erhebung 17, 18 bzw. 19, die bei Herstellung einer drehfesten Verbindung zwischen dem jeweiligen Nocken 5, 6 und 7 und der Nockenwelle 1 von einer am Nocken vorgesehenen Nut 20, 21 bzw. 22 Kräfte in Umfangs­ richtung übertragend aufgenommen ist. Das bedeutet, daß auch jeder der Nocken 5, 6 und 7 über den verbleibenden Winkelbereich seiner in Fig. 1 linken Stirnseite mit einem als Klaue zu bezeichnenden Vorsprung 23, 24 bzw. 25 versehen ist.

In der Nockenwelle 1 erkennt man den axial verlaufenden, am rechten Nocken­ wellenende verschlossenen Druckölkanal 26, der von der linken Stirnseite der Nockenwelle 1 her über eine nicht dargestellte Einrichtung gespeist wird, die in Abhängigkeit von der Drehzahl bzw. Last der Brennkraftmaschine den Druck in dem Kanal 26 und den damit verbundenen, noch zu beschreibenden Druckräumen verringert, sobald einzelne Nocken zwecks Abschaltung von Ventilen desaktiviert werden sollen.

Diese ringförmigen Druckräume 27, 28 und 29, die individuell einzelnen der Nocken 5, 6 und 7 zugeordnet sind, liegen auf der der jeweiligen Klauen­ kupplung 14, 15 bzw. 16 abgekehrten Seite des jeweiligen Nockens und werden von zwei Seiten begrenzt durch nockenindividuelle Schiebemuffen 30, 31 und 32, die verschiebbar auf der Nockenwelle angeordnet sind. In Richtung nach rechts abgeschlossen werden die einzelnen Druckräume 27, 28 und 29 durch auf der eigentlichen Nockenwelle 1 gegen die Kraft von Federn 41, 42 und 43 verschiebbar angeordnete hülsenartige Teile 33, 34 und 35, so daß eine Vergrößerung des Drucks im zentralen Kanal 26 über die Querkanäle 36, 37 und 38 eine Vergrößerung des Drucks in den Druckräumen 27, 28 und 29 und damit bei einer vorgegebenen relativen Drehlage der Klauen der betreffenden Klauenkupplung über eine Axialverschiebung der Schiebemuffen 30, 31 und 32 auch eine Verschiebung der Nocken 5, 6 und 7 in Fig. 1 nach links zur Folge hat. Dadurch kommen die Elemente der Klauenkupplungen 14, 15 und 16 in Eingriff, so daß die Nocken 5, 6 und 7 drehfest mit der eigentlichen Nockenwelle 1 gekuppelt und die zugehörigen Ventile betätigt werden. Da die Verhältnisse im Bereich aller Nocken 5, 6 und 7 die gleichen sind, ist nur das durch den Nocken 5 zu betätigende Ventil 39 mit seiner Schließfeder 40 angedeutet.

Auf diese Weise wird bei entsprechenden Betriebsbedingungen der Brennkraft­ maschine, also beispielsweise bei hoher Last oder hoher Drehzahl, die volle Zylinderzahl (bei Maschinen mit abschaltbaren Zylindern) bzw. der volle Einlaßströmungsquerschnitt (bei Maschinen mit mehreren Einlaßventilen je Zylinder) wirksam gemacht.

Sollen dagegen einzelne Ventile desaktiviert werden, müssen die zugehörigen Nocken 5, 6 und 7 in Fig. 1 wieder nach rechts in ihre dargestellte Lage verschoben werden, in der die Klauenkupplungen 14, 15 und 16 ausgerückt sind. Zu diesem Zweck wird über die erwähnte, an den zentralen Druckölkanal 26 angeschlossene Steuereinrichtung der Druck abgebaut, so daß beim Auftreten einer in Richtung nach rechts gerichteten Kraft die Nocken 5, 6 und 7 nebst den zugeordneten Schiebemuffen 30, 31 und 32 sich nach rechts bewegen können. Diese Axialkräfte werden nun individuell für die einzelnen Nocken 5, 6 und 7 dadurch aus dem von der jeweiligen Ventilschließfeder 40 während der Schließbewegung des entsprechenden Ventils 39 auf den jeweiligen Nocken, hier also den Nocken 5, ausgeübten Moment abgeleitet, daß bestimmte Klauen­ flanken der Klauenkupplung 14, 15 und 16 derart geneigt sind, daß die Klauen in Richtung vom Klauengrund zum Klauenscheitel schmaler werden.

Wie im einzelnen in der genannten DE 39 20 938 A1 insbesondere im Zusammen­ hang mit Fig. 2 ausgeführten, wird durch Neigung einer Klauenflanke unter einem Winkel, der größer als der Reibungswinkel an dieser Stelle ist, sicher­ gestellt, daß aus dem von der Ventilschließfeder ausgeübten Drehmoment eine Axialkraft abgeleitet wird, die im Sinne eines Ausrückens der Klauenkupplung wirkt. Erst die Umkehr des von der Schließfeder auf den zugehörigen Nocken ausgeübten Drehmoments zu Beginn der Schließphase des Hubventils leitet über diese Flankenneigung die Gewinnung einer im Sinne des Ausrückens der Klauenkupplung wirkenden Axialkraft ein, die aber verständlicherweise nur dann zum Ausrücken der Kupplung und demgemäß zum Desaktivieren des betrachteten Nockens führt, wenn der Druck im Druckraum abgesenkt ist. Weitere Einzelheiten sind der zitierten DE 39 20 938 A1 zu entnehmen.

Wie eingangs ausgeführt, dürfen die Klauen der Klauenkupplungen, also beispiels­ weise die Klauen 17 und 23 der Klauenkupplung 14, erst bei einer vorgegebenen Ausrichtung in Umfangsrichtung zum Einrücken der Kupplung 14 einrasten. Dies soll aber sehr schnell geschehen. Zur Beschleunigung dieses Einrast­ vorgangs dienen den Druckräumen 27, 28 und 29 zugeordnete federnde Druck­ speicher, zu deren Ausbildung ein Teil des Gehäuses der Druckräume, nämlich die Begrenzungswände 33, 34 und 35, in Verbindung mit den sich an den dreh­ festen Nocken 3 und 4 bzw. einem Antriebszahnrad abstützenden Druckfedern 41, 42 und 43 dienen.

Wird der Druck des Druckmediums zum Zwecke der Erzielung einer Einrückkraft für zumindest eine der Klauenkupplungen 14, 15 und 16 in den Druckräumen 27, 28 und 29 erhöht, so bewirkt dies vor dem Einrücken der betreffenden Kupplung eine Verschiebung der Begrenzungswände 33, 34, 35 entgegen der Wirkung der Federn 41, 42 und 43 in der Figur nach rechts, daß heißt im Sinne einer Vergrößerung der Druckräume 27, 28 und 29. Die Druckerhöhung wird also in unmittelbarer Nähe der Kupplungen 14, 15 und 16 gespeichert. Sobald beispielsweise die Klauen 17 und 23 diejenigen relativen Drehlagen eingenommen haben, bei denen ihr Einrasten und damit das Schließen der Kupplung 14 erfolgt, bewegt sich in dem angenommenen Beispiel die Schiebemuffe 30 in der Figur nach links; dieser Verschiebebewegung folgt die Begrenzungswand 33 unter der Wirkung der in der Druckfeder 41 gespeicherten Energie. Hierdurch wird eine Beschleunigung des Einrückvorgangs der Kupplung 14 erzielt.

Wie sich gezeigt hat, führen die erfindungsgemäßen Maßnahmen auch dann zu schnellen axialen Verschiebungen der desaktivierbaren Nocken, wenn, wie dargestellt, nur ein einziger gemeinsamer Druckölkanal 26 vorhanden ist.

Mit der Erfindung ist demgemäß eine gattungsgemäße Steuervorrichtung ge­ schaffen, die mit einfachen, zuverlässigen Mitteln eine zeit- bzw. winkelgenaue Aktivierung von Nocken auf einer Nockenwelle gestattet.

Claims (2)

1. Steuervorrichtung für mit Schließfedern ausgerüstete Ladungswechselven­ tile einer Brennkraftmaschine mit einer Nockenwelle, die zumindest einen auf ihr drehbar gelagerten desaktivierbaren Nocken trägt, dem eine eine Schiebemuffe auf der Nockenwelle enthaltende Kupplung nach Art einer Klauenkupplung zur Herstellung einer drehfesten Verbindung mit der Nocken­ welle in einer durch Aufbringung einer Axialkraft erzielten ersten Axial­ lage der Schiebemuffe und zur Aufhebung dieser Verbindung in einer nach Abschalten der Axialkraft eingenommenen zweiten Axiallage der Schiebe­ muffe zugeordnet ist, wobei der Nocken sowie ein drehfest auf der Nocken­ welle angeordneter Kupplungsbestandteil nur bei in ihrer ersten Axiallage befindlicher Schiebemuffe einander in Umfangsrichtung hintergreifende Klauen mit Klauenflanken besitzen, von denen zumindest einzelne im Sinne einer Klauenverschmälerung vom Klauengrund zum Klauenscheitel geneigt unter einem Neigungswinkel verlaufen, der größer als der Reibungswinkel ist, und das während der Ventilschließbewegung auf den Nocken von der Ventilschließfeder ausgeübte Moment in eine axiale Gegenkraft zum Ausrücken der Klauenkupplung umsetzen, und wobei zur Erzeugung der Axialkraft die Schiebemuffe einen ringförmigen Druckraum umgreift, der über Druckmittel­ kanäle in der Nockenwelle mit einem Druckmedium beaufschlagbar ist, dadurch gekennzeichnet, daß dem Druckraum (27, 28, 29) ein federbelasteter Druck­ speicher zugeordnet ist.

2. Vorrichtung nach Anspruch 1, dadurch gekennzeichnet, daß der Druckspeicher eine der Klauenkupplung (14, 15, 16) abgekehrte Begrenzungswand (33, 34, 35) des Druckraums (27, 28, 29) enthält, die auf der Nockenwelle (1) relativ zu der Schiebemuffe (30, 31, 32) durch den die Axialkraft erzeugenden Druck im Druckraum (27, 28, 29) vor dem Einrücken der Klauen­ kupplung (14, 15, 16) gegen Federkraft (41, 42, 43) im Sinne einer Ver­ größerung des Druckraums (27, 28, 29) verschiebbar ist.