DE4317638C1 - Ventilbetätigungsvorrichtung für eine Mehrzylinder-Brennkraftmaschine - Google Patents

Description

Die Erfindung betrifft eine Ventilbetätigungsvorrichtung entsprechend dem Oberbegriff des Anspruchs 1. Eine derartige Vorrichtung ist beispielsweise in der nicht vorveröffent­ lichten DE 42 05 230 A1 beschrieben.

Bei derartigen Ventilbetätigungsvorrichtungen besteht das Problem, daß beim Umschalten, d. h. wenn der Hochdrehzahl­ nocken durch Koppelung der beiden Schlepphebel wirksam werden soll, nicht mit Sicherheit gewährleistet ist, daß der Kupp­ lungsbolzen sofort nach Druckbeaufschlagung ganz in die Bohrung im zweiten Schlepphebel eindringt, da die Bohrungen in den beiden Schlepphebeln nur dann miteinander fluchten, wenn die Schlepphebel auf den Grundkreisen ihrer Nocken laufen und der Kupplungsbolzen nach Beginn der Druckbeauf­ schlagung einen bestimmten Zeitraum benötigt, um in seine Kupplungsstellung zu gelangen. Daher kann der Fall eintre­ ten, daß der Kupplungsbolzen zu Beginn der Hubphase nur geringfügig in die Bohrung im zweiten Schlepphebel hinein­ ragt, was zur Folge hat, daß eine erhebliche Flächenpressung auftritt, die zu einem starken Verschleiß führt. Zur Lösung dieses Problems ist es bei einer Ventilbetätigungsvorrichtung bekannt (US-PS 5 203 289), für jeden Kupplungsbolzen an dem zugehörigen ersten Schlepphebel ein Sperrelement vorzusehen, das einerseits für eine Radialbewegung relativ zum Kupp­ lungsbolzen mit einer Nockenfläche an der Schwenkachse des ersten Schlepphebels zusammenwirkt und andererseits durch einen Hydraulikkolben in bezüglich des Kupplungsbolzens axialer. Richtung verschwenkbar ist. Die Druckbeaufschlagung des Hydraulikkolbens erfolgt gleichzeitig mit der Druckbe­ aufschlagung des Kupplungsbolzens. Wenn diese Druckbeauf­ schlagung dann erfolgt, wenn beide Schlepphebel auf den Grund­ kreisen ihrer Nocken laufen, so wird das Sperrelement von dem Hydraulikkolben gegen die freie Stirnfläche des Kupplungs­ bolzens geschwenkt und eine Verschiebung desselben verhindert. Wenn sich die Schlepphebel dann in ihrer Hubphase befinden, wird das Sperrelement durch sein Zusammenwirken mit der Nocken­ fläche an der Schwenkachse außer Eingriff mit dem Kupplungs­ bolzen verschwenkt, und es kommt auf der Außenfläche des­ selben zu liegen. Der Kupplungsbolzen kann nun in Richtung auf den zweiten Schlepphebel verschoben werden, kann jedoch nicht in dessen Bohrung einrasten, da diese nicht mit der Bohrung im ersten Schlepphebel fluchtet. Dies ist erst dann wieder der Fall, wenn beide Schlepphebel auf den Grundkrei­ sen ihrer Nocken laufen, und dann kann der Kupplungsbolzen in die Bohrung im zweiten Schlepphebel eingeführt werden und die Koppelung zwischen den beiden Schlepphebeln herstellen. Somit steht für den Koppelungsvorgang die gesamte Grundkreis­ phase zur Verfügung. Diese Lösung des angesprochenen Prob­ lems ist jedoch äußerst aufwendig, da sie für jedes Sperr­ element und somit für jeden Kupplungsbolzen einen eigenen Hydraulikkolben und eine eigene Nockenfläche an der Schwenk­ achse des ersten Schlepphebels sowie zwei Federn erfordert, von denen die eine die Anlage des Sperrelements an der Nocken­ fläche aufrechterhält und die andere den Hydraulikkolben nach Beendigung der Druckbeaufschlagung in seine Ruhestellung zurückführt.

Aufgabe der Erfindung ist es, bei einer gattungsgemäßen Ven­ tilbetätigungsvorrichtung mit einfachen Mitteln sicherzustel­ len, daß der Kupplungsbolzen beim Kupplungsvorgang in seine zweite Endstellung gelangt.

Die Aufgabe wird durch die Merkmale im Kennzeichen des 1. Patentanspruches gelöst.

Bei dem erfindungsgemäßen Vorschlag wird zur Freigabe des Kupp­ lungsbolzens der Umstand ausgenutzt, daß der zweite Schlepp­ hebel, der mit dem Hochgeschwindigkeitsnocken zusammenwirkt, in der Hubphase einen größeren Hub ausführt als der erste Schlepphebel. Wenn also während einer Grundkreisphase der Kopp­ lungsvorgang durch Druckbeaufschlagung des Kupplungsbolzens eingeleitet wird, so ist dieser durch das Sperrelement zunächst blockiert. Beginnt nun die Hubphase des zweiten Schlepphebels, so wird durch diesen das Sperrelement außer Eingriff mit dem Kupplungsbolzen gebracht, so daß der Kupplungsbolzen bis zum zweiten Schlepphebel verschoben werden, jedoch nicht in dessen Bohrung eindringen kann, da die Bohrungen in den beiden Schlepphebeln nicht mehr miteinander fluchten. Sobald nun beide Schlepphebel wieder auf den Grundkreisen ihrer Nocken laufen, fluchten die Bohrungen und der Kupplungs­ bolzen kann nun ganz in die Bohrung im zweiten Schlepphebel eingeführt werden. Hierfür steht der gesamte Zeitraum der Grundkreis­ phase zur Verfügung. Es wird somit zuverlässig vermieden, daß der Bolzen nur zum Teil in die Bohrung im zweiten Schlepphebel gelangt ist, wenn die Schlepphebel ihre nächste Hubphase durchlaufen.

Dadurch, daß bei dem erfindungsgemäßen Vorschlag die Freiga­ be des Sperrelements durch die Relativbewegung der beiden Schlepphebel während der Hubphase bewirkt wird, kann die Sperrung und Freigabe des Kupplungsbolzens auf wesentlich einfachere Weise durchgeführt werden als bei dem bekannten Stand der Technik. So kann das Sperrelement von einer einfa­ chen Federzunge gebildet sein, die an der Unterseite des ersten Schlepphebels angebracht ist und die einen in die Ringnut einrastbaren Ansatz aufweist und sich unter den zweiten Schlepphebel erstreckt. Der zweite Schlepphebel drückt in seiner Hubphase die Federzunge nach unten und da­ mit den Ansatz aus der Ringnut, so daß nun der Kupplungsbol­ zen in der vorher beschriebenen Weise bis zu dem zweiten Schlepphebel vorgeschoben werden kann, um dann während der folgenden Grundkreisphase in die Bohrung im zweiten Schlepp­ hebel hineingeschoben zu werden. Um die Abmessungen der Schlepphebelgruppe nicht zu vergrößern und die Auflagefläche des Kupplungsbolzens in der Bohrung im ersten Schlepphebel nicht zu verringern, ist es zweckmäßig, den ersten Schlepp­ hebel mit einem Schlitz zu versehen, durch den sich der An­ satz der Federzunge hindurch erstreckt.

Ein Ausführungsbeispiel der Erfindung wird im folgenden un­ ter Bezugnahme auf die Zeichnungen beschrieben. Es zeigt:

Fig. 1 einen Ventiltrieb mit einer erfindungsgemäßen Ventil­ betätigungsvorrichtung im senkrechten Schnitt entlang Linie I-I in Fig. 2, wobei der Kupplungsbolzen in seiner Entkupplungsstellung festgehalten ist,

Fig. 2 eine Ansicht in Richtung des Pfeiles 2 in Fig. 1

Fig. 3 den Schnitt gemäß Fig. 1, wobei der Kupplungsbolzen nach Beginn einer Hubphase freigegeben ist,

Fig. 4 einen Schnitt entsprechend Fig. 1, wobei der Kup­ plungsbolzen in seiner Kupplungsstellung ist,

Fig. 5 eine perspektivische Darstellung des Sperrelements, und

Fig. 6 eine grafische Darstellung des Ventilbetätigungszy­ klus über der Zeit.

In der Zeichnung ist ein Ventiltrieb für zwei Einlaßventile E dargestellt. Jedes Ventil E ist im Schließsinn von einer Feder 1 beaufschlagt. Die Ventile werden von eigenen Nocken 2, 3 einer Nockenwelle 4 über erste Schlepphebel 5 betätigt, die auf einer gemeinsamen ortsfesten Achse 6 schwenkbar ge­ lagert sind. Die Nocken 2 und 3 haben vorzugsweise unter­ schiedliche Nockenprofile, um für die einzelnen Einlaßventi­ le einen unterschiedlichen Ventilhub, eine unterschiedliche Öffnungsdauer und/oder unterschiedliche Steuerzeiten zu er­ reichen und im unteren und mittleren Drehzahlbereich der Brennkraftmaschine optimale Voraussetzungen zu schaffen. Zwischen den beiden Nocken 2 und 3 ist auf der Nockenwelle 4 ein weiterer Nocken 7 angeordnet, dessen Nockenprofil für die Verhältnisse im oberen Drehzahlbereich der Brennkraftma­ schine ausgelegt ist, also einen größeren Ventilhub und eine längere Öffnungsdauer bewirkt. Mit dem Nocken 7 wirkt ein zweiter Schlepphebel 8 zusammen, der im oberen Drehzahlbe­ reich mit den ersten Schlepphebeln 5 gekoppelt werden kann, so daß in diesem Drehzahlbereich die Ventile E entsprechend der Kontur des zweiten Nockens 7 betätigt werden. Das freie Ende des zweiten Schlepphebels 8 ist mit einer Traverse 9 versehen, die vor und in geringem Abstand von den freien Enden der ersten Schlepphebel 5 verläuft. In den ersten Schlepphebeln 5 sind zur Schwenkachse 6 senkrechte Bohrungen 10 vorgesehen, die mit Bohrungen 11 in der Traverse 9 fluch­ ten, wenn sich die Ventile E in ihrer Schließstellung befin­ den, also die Schlepphebel 5 und 8 auf den Grundkreisen ih­ rer Nocken 2, 3 und 7 laufen. In jeder Bohrung 10 ist ein Kupplungsbolzen 12 angeordnet, der zwischen einer ersten inneren Stellung (Fig. 1) und einer zweiten äußeren Stellung (Fig. 4) verschiebbar ist, in welcher er in die entsprechen­ de Bohrung 11 in der Traverse 9 eingreift. In der zweiten Stellung verbinden somit die Kupplungsbolzen 12 die ersten Schlepphebel 5 mit dem zweiten Schlepphebel 8, so daß die Ventile entsprechend der Kontur des Nockens 7 betätigt wer­ den. Die Kupplungsbolzen 12 liegen dabei jeweils an einer Schulter 13 an, die von einer an die Bohrung 11 anschließen­ den Entlüftungsbohrung 14 kleineren Durchmessers gebildet ist.

Die Verschiebung der Kupplungsbolzen 12 nach außen erfolgt mit Hilfe eines Druckmittels, das durch einen Kanal 15 in der Schlepphebelachse 6 zugeführt wird, der mit den Bohrun­ gen 10 über Öffnungen 16 in der Wand der Achse 6 in Verbin­ dung steht. Wird der Druck abgesenkt, so werden die Kupp­ lungsbolzen 12 jeweils durch eine Feder 17 in ihre Bohrungen 10 zurückgeführt (siehe Fig. 1), so daß nun der zweite Schlepphebel 8 frei schwingen kann und die Betätigung der Ventile durch die ersten Schlepphebel 5 entsprechend der Kontur der Nocken 2 und 3 erfolgt. Die Feder 17 stützt sich einerseits an einem in der Bohrung 10 fixierten Einsatz 18 und andererseits am Ende 19 eines Rohres 20 ab, das am Kupp­ lungsbolzen 12 befestigt ist und sich durch den Einsatz 18 hindurch erstreckt. Der Einsatz 18 bildet gleichzeitig einen Anschlag für den Kupplungsbolzen 12 in dessen innerer Stel­ lung gemäß Fig. 1.

Während die ersten Schlepphebel 5 durch ihre Ventilfedern 1 in Anlage an ihren Nocken 2 und 3 gehalten werden, ist zur Anlage des zweiten Schlepphebels 8 an seinem Nocken 7 eine Feder 21 vorgesehen, die auf einem eine Zündkerze oder ein Einspritzventil aufnehmenden Rohr 22 angeordnet ist und sich einerseits an einem ortsfesten Widerlager 23 und anderer­ seits an einem verschiebbaren Federteller 24 abstützt, der mit das Rohr 22 teilweise umgebenden Fortsätzen 25 des zwei­ ten Schlepphebels 8 zusammenwirkt.

Eine Koppelung der Schlepphebel 5 und 8 durch den Kupplungs­ bolzen 12 kann nur dann erfolgen, wenn die Bohrungen 10 und 11 miteinander fluchten, was der Fall ist, wenn die Schlepp­ hebel auf den Grundkreisen ihrer Nocken 2, 3 bzw. 7 laufen, und wenn der Zeitraum zwischen dem Moment der Druckbeauf­ schlagung des Bolzens 12 und dem Beginn der Hubphase des zweiten Schlepphebels 8 so lang ist, daß der Bolzen 12 bis zum Anschlag 13 in die Bohrung 11 eingeführt werden kann. Wenn die Druckbeaufschlagung des Kolbens 12 während der Grundkreisphase erfolgt, so ist dieser Zeitraum meist zu kurz, um ein vollständiges Eintauchen des Bolzens 12 in die Bohrung 11 zu gewährleisten. Es kommt dann zu einer erhöhten Flächenpressung und zu einem starken Verschleiß. Um sicher­ zustellen, daß für den Kupplungsvorgang die gesamte Grund­ kreisphase des zweiten Schlepphebels 8 zur Verfügung steht, was zur sicheren vollständigen Einführung des Bolzens 12 in die Bohrung 11 ausreicht, ist für den Bolzen 12 eine Sperr­ vorrichtung vorgesehen, die den Kolben 12 in der in Fig. 1 dargestellten zurückgezogenen Stellung hält, auch wenn er mit Hochdruck beaufschlagt ist, und ihn erst freigibt, wenn der zweite Schlepphebel 8 in seiner Hubphase ist. Nach Been­ digung der Hubphase laufen beide Schlepphebel 5 und 8 auf den Grundkreisen ihrer Nocken, die Bohrungen 10 und 11 fluchten also miteinander, und es kann nun der freigegebene Bolzen 12 in die Bohrung 11 eingeschoben werden. Der Sperr­ mechanismus besteht im Ausführungsbeispiel aus einer Feder­ zunge 26, die an der Unterseite des ersten Schlepphebels 5 angebracht und am einen Ende z. B. durch eine Schraube 27 mit dem Schlepphebel 5 verbunden ist, während sich ihr anderes Ende 28 unter die Traverse 9 des zweiten Schlepp­ hebels 8 erstreckt. Die Federzunge 26 ist mit einem Ansatz 29 versehen, der sich durch einen Schlitz im Schlepphebel 5 hindurcherstreckt und der in eine Ringnut 30 im Bolzen 12 eingreift. Dadurch ist der Bolzen 12 in der in Fig. 1 ge­ zeigten Stellung gesperrt. Mit Beginn der Hubphase des zweiten Schlepphebels 8 verschiebt sich die Traverse 9 relativ zu dem ersten Schlepphebel 5 nach unten (siehe Fig. 3), wodurch sie auf dem Ende 28 der Federzunge 26 zu liegen kommt und diese nach unten drückt, mit dem Ergebnis, daß der Ansatz 29 aus der Ringnut 30 ausrastet. Der Kolben 12 kann nun durch den auf ihn wirkenden Hochdruck in Fig. 3 nach links geschoben werden, bis er an der Innenfläche der Traverse anliegt. Beim Weiterdrehen der Nockenwelle 4 kommt zuerst der Schlepphebel 5 und dann der Schlepphebel 8 auf dem Grundkreis seines Nockens 2, 3 bzw. 7 zu liegen, so daß nun die Bohrungen 10 und 11 miteinander fluchten und der Bolzen 12 durch den anstehenden Druck ganz in die Bohrung 11 in der Traverse 9 eingeschoben werden kann. Dies ist in Fig. 4 dargestellt. Der Ansatz 29 liegt nun an der Außenfläche des Bolzens 12 an. Wird der Bolzen 12 druckentlastet, so wird er durch die Feder 17 in seine in Fig. 1 dargestellte erste Stellung zurückgeführt und der Ansatz 29 kann wieder in die Ringnut 30 einrasten.

In Fig. 5 ist die Federzunge 26 perspektivisch dargestellt. Sie weist eine Öffnung 31 auf, durch welche sich der auf das Ventil 1 wirkende Ansatz 5a des Schlepphebels 5 hindurch­ erstreckt.

Der vorstehend beschriebene und in den Fig. 1, 3 und 4 dar­ gestellte Verlauf des Kupplungsvorganges wird nochmals an­ hand des Diagramms von Fig. 6 erläutert. Darin ist mit A die Erhebungskurve des Hochdrehzahlnockens 7, mit B die Erhe­ bungskurve der Niederdrehzahlnocken 2, 3 und mit C die Grundkreisphase des Hochdrehzahlnocken 7 bezeichnet.

Es sei angenommen, daß während der Grundkreisphase des Hoch­ drehzahlnockens 7 vor, d. h. links von Punkt D, der Bolzen 12 mit Hochdruck beaufschlagt wurde. Bis zum Punkt D ist der Bolzen 12 gemäß Fig. 1 gesperrt. Mit Beginn der Hubphase A des Hochdrehzahlnockens 7 verschiebt sich der zweite Schlepphebel 8 mit seiner Traverse 9 entsprechend Fig. 3, wodurch der Bolzen 12 freigegeben wird, bis der zweite Schlepphebel 8 wieder auf dem Grundkreis seines Nockens läuft, was im Punkt E der Fall ist. Der in Fig. 3 gezeigte Zustand liegt also während des Zeitraums a vor. Im Punkt E ist der Zustand gemäß Fig. 4 erreicht, d. h. die Bohrungen 10 und 11 fluchten miteinander, und der Bolzen 12 hat bis zum Zeitpunkt F, zu dem die nächste Hubphase A des zweiten Schlepphebels 8 beginnt, also während der gesamten Grund­ kreisphase C, Zeit, in die Bohrung 11 in der Traverse 9 zu gelangen. Dieser Zeitraum ist in Fig. 5 mit b bezeichnet. Nun bewegen sich die Schlepphebel 5 und 8 gemeinsam entspre­ chend der Kontur des Hochdrehzahlnockens 7 und die Ventile werden entsprechend dieser Kontur betätigt.

Die Erfindung ist nicht auf das dargestellte Ausführungs­ beispiel beschränkt. So könnte beispielsweise ein der Feder­ zunge 26 äquivalentes schwenkbares Sperrelement zwischen dem zweiten Schlepphebel 8 und den ersten Schlepphebeln 5 auf der Schwenkachse 6 angeordnet werden, das federnd in die Nut 30 eingreift und von dem zweiten Schlepphebel 8 während des­ sen Hubphase aus der Nut 30 herausgedrückt wird. Es wäre grundsätzlich auch möglich, auf die Nut 30 zu verzichten, und den Ansatz 29 der Federzunge 26 mit dem in Fig. 1 rech­ ten Ende des Bolzens 12 zusammenwirken zu lassen. Schließ­ lich ist die Erfindung nicht auf eine Ventilbetätigungsein­ richtung für zwei Einlaß- oder Auslaßventile pro Zylinder verwendbar, sondern gleichermaßen für ein Einlaß- oder Aus­ laßventil oder mehr als zwei Einlaß- oder Auslaßventile pro Zylinder, die wahlweise von unterschiedlichen Nocken über Schlepphebel betätigbar sind.

Claims (5)

1. Ventilbetätigungsvorrichtung für eine Mehrzylinder- Brennkraftmaschine mit

• - mindestens einem Einlaß- oder Auslaßventil (E) pro Zylinder
• - einer Nockenwelle (4), die für jedes Ventil (E) einen ersten Nocken (2, 3) für einen unteren Drehzahlbereich und einen zweiten Nocken (7) für einen oberen Drehzahl­ bereich aufweist
• - einem ersten Schlepphebel (5) pro Ventil (E), der mit dem ersten Nocken (2) zusammenwirkt
• - einem zweiten Schlepphebel (8, 9), der mit dem zweiten Nocken (7) zusammenwirkt, und
• - einer Kupplungseinrichtung jeweils zwischen dem ersten Schlepphebel (5) und dem zweiten Schlepphebel (8, 9), die einen Kupplungsbolzen (12) aufweist, wobei die bei­ den Schlepphebel (5, 8, 9) Bohrungen (10, 11) auf­ weisen, die miteinander fluchten, wenn beide Schlepp­ hebel auf den Grundkreisen ihrer Nocken laufen, und der Kupplungsbolzen (12) in seiner ersten Stellung aus­ schließlich in der Bohrung (10) im ersten Schlepphebel (5) liegt und durch Druckbeaufschlagung entgegen der Kraft einer Feder (17) in eine zweite Endstellung bringbar ist, in welcher er in die Bohrung (11) im zweiten Schlepphebel (8, 9) hineinragt und die beiden Schlepphebel miteinander verbindet,

dadurch gekennzeichnet, daß für jeden Kupplungsbolzen (12) ein schwenkbares Sperrelement (26) vorgesehen ist, das durch Federkraft in seiner Sperrstellung gehalten wird und durch den zweiten Schlepphebel (8, 9) außer Eingriff mit dem Kup­ plungsbolzen bringbar ist, wenn dieser auf der Erhebung seines Nockens (7) läuft.

2. Ventilbetätigungsvorrichtung nach Anspruch 1, dadurch ge­ kennzeichnet, daß der Kupplungsbolzen (12) eine Ringnut (30) besitzt und das Sperrelement (26) einen Ansatz (29) aufweist, der in die Ringnut (30) einrastet.

3. Ventilbetätigungsvorrichtung nach Anspruch 2, dadurch ge­ kennzeichnet, daß das Sperrelement von einer Federzunge (26) gebildet ist, die an der Unterseite des ersten Schlepphebels (5) angebracht ist und sich unter den zwei­ ten Schlepphebel (8, 9) erstreckt.

4. Ventilbetätigungsvorrichtung nach Anspruch 3, dadurch ge­ kennzeichnet, daß der erste Schlepphebel (5) einen Schlitz (32) aufweist, durch den sich der Ansatz (29) des Sperrelements (26) hindurcherstreckt.