DE19630776A1

DE19630776A1 - Ventilsteuereinrichtung für eine Brennkraftmaschine

Info

Publication number: DE19630776A1
Application number: DE19630776A
Authority: DE
Inventors: Oliver Dipl Ing Schnell; Christof Dipl Ing Faria
Original assignee: INA Waelzlager Schaeffler OHG
Current assignee: IHO Holding GmbH and Co KG
Priority date: 1996-07-31
Filing date: 1996-07-31
Publication date: 1998-02-05

Description

Gebiet der Erfindung

Die Erfindung betrifft eine Ventilsteuereinrichtung für eine Brennkraftmaschine mit zwei wahlweise auf ein Gaswechselventil einwirkenden Schlepphebeln, die mit zwei unterschiedlichen Nockenprofilen betätigbar sind, wobei einer der Schlepphebel als Primärhebel an einem Ende um eine erste Achse schwenkbar gelagert ist und an seinem anderen Ende mit dem Ventilschaft des Gaswechsel ventils zusammenwirkt, wobei der andere Schlepphebel als Sekundärhebel an dem Primärhebel um eine zu der ersten Achse parallele zweite Achse schwenk bar gelagert ist, und wobei im Bereich der ersten Achse ein schaltbares Abstütz element auf einen der Hebel einwirkt.

Hintergrund der Erfindung

Ein schaltbares Abstützelement, welches sich für den Einsatz an einem Schlepp hebel eines Ventiltriebes eignet, zeigt das DE-GM 93 19 435. Dieses Abstützel ement ist auf unterschiedliche Ventilhübe schaltbar ausgelegt und besteht aus einem Innenelement und einem Außenelement, welche über Kolben mitein ander koppelbar sind. Im gekoppelten Zustand kann ein Nockenhub über einen Schlepphebel auf das Gaswechselventil übertragen werden. Eine Entkopplung durch Öldruck bzw. Federkraft bewirkt einen Leerhub des Außenelements, so daß das Gaswechselventil der Brennkraftmaschine bei Nockenhub nicht öffnet. Mit diesem Abstützelement lassen sich also zwei Betriebszustände schalten, nämlich "Hub ausführen" und "keinen Hub ausführen".

Aus der DE-OS 41 18 287 ist eine Ventilsteuereinrichtung der eingangs genann ten Art bekannt, bei der die Schlepphebel jeweils aus zwei parallelen Armen oder Schenkeln bestehen. Der zweite Schlepphebel (Sekundärhebel) ist in nerhalb des ersten Schlepphebels (Primärhebels) verschwenkbar angeordnet. Er kann sich in seinen Endstellungen mit oberen bzw. unteren Gabelarmabschnit ten an der ortsfest ausgebildeten ersten Achse abstützen. In seiner wirksamen Stellung stützt sich der zweite Schlepphebel außerdem an dem schaltbaren Abstützelement ab. Infolge der Einwirkung des Nockens werden beide Hebel um die erste Achse verschwenkt. Wenn nun das Abstützelement von dem zweiten Hebel entfernt wird, verschwenkt eine zwischen den beiden Hebeln angeordnete Feder den zweiten Hebel in seine unwirksame Stellung und der Nocken wirkt nur noch auf den ersten Hebel ein. Mit dieser Ventilsteuereinrich tung lassen sich also insgesamt zwei unterschiedliche, von dem Nocken er zeugte Ventilöffnungsverläufe einstellen. Mit ihren beiden jeweils gabelförmigen Schlepphebeln und der dazwischen angeordneten Druckfeder besitzt diese Einrichtung jedoch eine aufwendige Konstruktion.

Zusammenfassung der Erfindung

Der Erfindung liegt die Aufgabe zugrunde, eine im Aufbau vereinfachte Ventil steuereinrichtung für eine Brennkraftmaschine zu schaffen, welche eine variable Steuerung der Gaswechselventile in drei Stufen ermöglicht. Und zwar soll außer der Einstellung von zwei unterschiedlichen Ventilöffnungsverläufen auch das völlige Abschalten des Öffnens der Gaswechselventile möglich sein.

Diese Aufgabe wird erfindungsgemäß dadurch gelöst, daß der Primärhebel und der Sekundärhebel eine gemeinsame Verriegelungsvorrichtung aufweisen, mit welcher sie zueinander ver- oder entriegelbar sind. Auf diese Weise ergeben sich mit einer verriegelten Stellung und einer entriegelten Stellung der Schlepp hebel, die nicht gabelförmig ausgebildet zu sein brauchen, zwei Schaltstellun gen mit unterschiedlichen Öffnungsverläufen des Gaswechselventils. Der Primärhebel und der Sekundärhebel können also entweder verriegelt oder entriegelt sein.

Wenn das Abstützelement entriegelt ist, bewirken entweder das kleinere Noc kenprofil oder das größere Nockenprofil einen Hub am Abstützelement, wäh rend das Gaswechselventil geschlossen bleibt. Ist im Gegensatz hierzu das Abstützelement jedoch verriegelt und wird das Hebelsystem von dem Abstütz element gehalten, so können der Primärhebel und der Sekundärhebel entweder entriegelt oder verriegelt sein. Im entriegelten Zustand wird das Gaswechselven til entsprechend dem Verlauf des kleineren Nockenprofils geöffnet, während es im verriegelten Zustand der Schlepphebel entsprechend dem Verlauf des größe ren Nockenprofils geöffnet wird.

Die Verriegelungsvorrichtung kann einen in fluchtenden Bohrungen des Pri märhebels und des Sekundärhebels verschiebbaren Kolben aufweisen, welcher an einer Stirnseite von einer Druckfeder und an der anderen Stirnseite von einem Drucköl beaufschlagt ist. Dabei kann die Verriegelungsvorrichtung mit einem Druckölkanal verbunden sein, der innerhalb des Primärhebels und dessen erster Achse sowie des schaltbaren Abstützelementes verläuft.

In dem Primärhebel kann ein Rollenlenker mit einer drehbar gelagerten ersten Nockenrolle angeordnet sein. Dieser Rollenlenker kann gemeinsam mit dem Sekundärhebel um die zweite Achse schwenkbar gelagert sein, wobei der Primärhebel und der Sekundärhebel axial hintereinander angeordnet sind. Der Rollenlenker und der Primärhebel sind dann zweckmäßigerweise formschlüssig miteinander verbunden, wobei die Außenkonturen des Rollenlenkers und des Primärhebels in ihrem Berührungsbereich einander entsprechen.

In dem Sekundärhebel kann eine zweite Nockenrolle drehbar gelagert und an dem Nocken ein kleines Nockenprofil für die Berührung mit der ersten Nocken rolle und ein großes Nockenprofil für die Berührung mit der zweiten Nocken rolle ausgebildet sein.

Kurze Beschreibung der Zeichnungen

Ein Ausführungsbeispiel der Erfindung ist in den Zeichnungen dargestellt und wird im folgenden näher beschrieben. Es zeigen:

Fig. 1 eine Draufsicht mit teilweisem Querschnitt durch die Hebel einer Ventilsteuereinrichtung;

Fig. 2 einen Schnitt durch den Rollenlenker, den Primärhebel und das Abstützelement sowie die Ansicht anliegender Bauteile der Ventilsteuereinrichtung;

Fig. 3 einen Schnitt durch den Primärhebel und den Sekundärhebel der Ventilsteuereinrichtung sowie die Ansicht anliegender Bauteile.

Ausführliche Beschreibung der Zeichnungen

Eine erfindungsgemäße Ventilsteuereinrichtung für eine Brennkraftmaschine besteht aus einem Primärhebel 1, einem Sekundärhebel 2, einem Rollenlenker 3, der ebenfalls als Hebel ausgebildet ist, einer ersten Nockenrolle 4, einer zweiten Nockenrolle 5 und einem an einer Nockenwelle ausgebildeten Nocken 6, der axial hintereinander ein kleines Nockenprofil 7 und ein großes Nocken profil 8 aufweist.

Der Primärhebel 1 ist mit einem Ende an einer Kolbenstange 9 eines schalt baren Abstützelementes 10 abgestützt. Dieses befindet sich in einer Bohrung des Zylinderkopfes 11 der Brennkraftmaschine. Die von dort ausfahrbare Kol benstange 9 weist an ihrem freien Ende eine erste Achse 12 der Vorrichtung auf, um welche der Primärhebel 1 verschwenkt werden kann.

Der Rollenlenker 3 ist mit einem Ende innerhalb des Primärhebels 1 um eine zweite Achse 13 schwenkbar gelagert. Diese befindet sich an dem anderen Ende des Primärhebels 1, wo dieser auf einen Ventilschaft 14 einwirkt.

Der Sekundärhebel 2 ist axial hinter dem Primärhebel 1 angeordnet und um die zweite Achse 13 schwenkbar gelagert. Der Rollenlenker 3 dient dazu, daß bei verriegeltem Primärhebel 1 und Sekundärhebel 2 der Kontakt der Nockenrolle 4 zum Nocken 6 nicht aufgehoben wird. Innerhalb des Rollenlenkers 3 ist die erste Nockenrolle 4 gelagert, während innerhalb des Sekundärhebels 2 die zweite Nockenrolle 5 gelagert ist. Der Nocken 6 ist so angeordnet, daß das kleine Nockenprofil 7 mit der ersten Nockenrolle 4 in Berührung kommen kann, während das große Nockenprofil 8 mit der zweiten Nockenrolle 5 in Berührung kommen kann.

Der Primärhebel 1 und der Sekundärhebel 2 weisen eine gemeinsame Ver riegelungsvorrichtung 15 auf. Diese besteht aus zu den Achsen 12 und 13 parallelen fluchtendenen Bohrungen des Primärhebels 1 und des Sekundärhe bels 2, in welchen ein Kolben axial verschiebbar angeordnet ist, der entweder in den Bereich der Trennfuge der beiden Hebel hineinragt und damit die Verriegelung bewirkt, oder sich nur in einem Hebel, beispielsweise in dem Sekundärhebel 2 befindet, wodurch die beiden Hebel voneinander entriegelt sind. Auf die eine Stirnseite des Kolbens wirkt eine Druckfeder 16 ein, während an der anderen Stirnseite des Kolbens ein Öldruck ansteht. Das Drucköl wird von dem Zylinderkopf durch eine in der Kolbenstange 9, der ersten Achse 12 und dem Primärhebel 1 verlaufenden Druckölkanal 17 zu der Verriegelungsvor richtung 15 geleitet. Steigt der Öldruck an, so wird der Kolben der Verriege lungsvorrichtung 15 in den Sekundärhebel 2 hineingeschoben und die beiden Hebel sind voneinander entriegelt. Bei abfallendem Öldruck bewirkt die Druck feder 16 die Verschiebung des Kolbens zum Primärhebel 1 hin. Wenn sich dieser in beiden fluchtenden Bohrungen befindet, ist der Verriegelungszustand erreicht.

Es ist auch möglich, in der Verriegelungsvorrichtung 15 in den fluchtenden Bohrungen der Hebel 1 und 2 statt nur eines Kolbens hintereinander mehrere Kolben anzuordnen. Beispielsweise könnten zwei Kolben so ausgelegt und angeordnet werden, daß sie sich bei abfallendem Öldruck in der Ebene der Trennfuge der Hebel 1, 2 stirnseitig berühren. In diesem Fall sind der Primärhe bel 1 und der Sekundärhebel 2 bei reduziertem Öldruck entriegelt, während beim Anstieg des Öldrucks der zweite Kolben zu dem ersten, von der Druckfe der 16 unmittelbar beaufschlagen Kolben hingedrückt wird, in den Bereich der Trennfuge gelangt und damit den Verriegelungszustand hervorruft.

Wenn das Abstützelement 10 verriegelt ist und die erste Achse 12 des Primärhe bels 1 sich in der höchsten Position befindet, können der Primärhebel 1 und der Sekundärhebel 2 voneinander entriegelt sein. Dann erfolgt der Öffnungsver lauf des Gaswechselventils entsprechend dem Verlauf des kleinen Nockenprofils 7, welches auf die erste Nockenrolle 4 einwirkt und die Bewegung über den Rollenlenker 3 und den Primärhebel 1 auf den Ventilschaft 14 überträgt. Der Sekundärhebel 2 schwingt dann entsprechend dem Verlauf des großen Nocken profils 8 "leer" durch. Zur kontrollierten Bewegung dieses "Leerschwingens" ist zwischen dem Sekundärhebel 2 und dem Zylinderkopf 11 ein Abstütz- und Rückstellelement 18 angeordnet, welches infolge seiner Druckfeder teleskop artig ausfahrbar ist. Das Gaswechselventil öffnet sich entsprechend dem Verlauf des kleinen Nockenprofils 7.

Wenn das Abstützelement 10 verriegelt ist, können der Primärhebel 1 und der Sekundärhebel 2 ebenfalls verriegelt sein. Dann schwingen die beiden Hebel entsprechend dem Verlauf des großen Nockenprofils 8, welches auf die zweite Nockenrolle 5 des Sekundärhebels 2 einwirkt. In der Hubphase bewegt sich dadurch der Primärhebel 1 weiter weg von dem kleinen Nockenprofil 7. Damit die entsprechende erste Nockenrolle 4 in der Hubphase den Kontakt zur Noc kenwelle nicht verliert, wird der Rollenlenker 3 nachgestellt. Zu diesem Zweck befindet sich am Rollenlenker ein nicht dargestelltes Rückstellelement. Eine mögliche Ausführung dafür ist eine in der Drehachse des Rollenlenkers 3 integrierte Drehfeder.

Wenn das Abstützelement 10 entriegelt und die beiden Schlepphebel (Primärhe bel 1 und Sekundärhebel 2) entweder verriegelt oder entriegelt sind, bewirken das kleine Nockenprofil 7 und das große Nockenprofil 8 jeweils einen Hub im Abstützelement 10, während das Gaswechselventil geschlossen bleibt.

Die Erfindung ermöglicht also die variable Steuerung der Gaswechselventile in drei Stufen, und zwar das Schalten zwischen zwei Nockenprofilen sowie das Abschalten des Gaswechselventils. Eine Kombination mit einem oder mehreren Ventilbetätigungshebeln ermöglicht eine dreistufige Schaltung mehrerer Ventile.

Die Erfindung dient der Optimierung des Wirkungsgrades von Verbrennungs motoren sowie der Reduzierung des Kraftstoffverbrauchs und der Schadstoff emissionen. Durch das Schalten zwischen zwei Nockenprofilen stehen zwei unterschiedliche Ventilhübe und zwei unterschiedliche Ventilöffnungslängen zur Verfügung. Zusätzlich besteht die Möglichkeit, eines oder mehrere Ventile abzuschalten.

Das Abstützelement 10, auf dem sich der Drehpunkt des Primärhebels 1 ab stützt, kann ein hydraulisches Ventilspielausgleichselement enthalten. Die erste Achse 12, durch die der Primärhebel 1 und das Abstützelement 10 miteinander verbunden sind, dient gleichzeitig dazu, die in dem Primärhebel 1 und dem Sekundärhebel 2 befindliche Verriegelungsvorrichtung 15 mit Drucköl aus dem Zylinderkopf 11 bzw. aus dem Abstützelement 10 zu versorgen. Der Primärhe bel 1 ist so ausgebildet, daß er eine zweite Achse 13 aufnehmen kann, um die der Rollenlenker 3 verschwenkbar ist. Die Außenkontur des Rollenlenkers 3 findet im Primärhebel 1 einen entsprechenden Gegenpartner. Dadurch wird die Ventilöffnungskraft vom Nocken 6 über die erste Nockenrolle 4 formschlüssig mittels der Kontur des Rollenlenkers 3 und des Primärhebels 1 übertragen und gelangt damit auf den Ventilschaft 14 des Gaswechselventils. Wenn der Rollen lenker 3 entfällt, wird die erste Nockenrolle 4 im Primärhebel 1 fixiert. Bei dieser Version ist der Kontakt zwischen der Nockenrolle 4 und der Nockenwel le 6 in der Hubphase aufgehoben, wenn beide Schlepphebel (Primärhebel 1 und Sekundärhebel 2) verriegelt sind.

Das Abstütz- und Rückstellelement 18 kann beispielsweise durch eine Drehfe der ersetzt werden, die in der zweiten Achse 13 integriert wird. Diese drückt dann, wenn der Primärhebel 1 und der Sekundärhebel 2 entriegelt sind, den Sekundärhebel in Richtung des Nockens 6.

Die Anwendung der Erfindung auf Mehrventilmotoren ist möglich. Ein Ventil wird mit dem vorbeschriebenen System ausgerüstet. Ein weiteres Ventil wird über einen weiteren Schlepphebel durch einen Nocken gesteuert. Dieser Schlepphebel kann entweder auf einem separaten schaltbaren Abstützelement abgestützt sein, oder er stützt sich auf demselben Abstützelement 10 ab. Damit kann ein Ventil dreistufig und ein weiteres Ventil zweistufig öffnen. Kombinatio nen mit mehreren zweistufig schaltbaren Schlepphebeln sind möglich. Es kann auch jedes Ventil einzeln mit dem dreistufig schaltenden Schlepphebelsystem ausgestattet sein. Wenn jeweils die Nockenrolle 4 bzw. 5 in den Schlepphebeln entfällt, erfolgt der Kontakt zur Nockenwelle über eine Gleitfläche.

Bezugszeichenliste

1 Primärhebel
2 Sekundärhebel
3 Rollenlenker
4 erste Nockenrolle
5 zweite Nockenrolle
6 Nocken
7 kleines Nockenprofil
8 großes Nockenprofil
9 Kolbenstange
10 Abstützelement
11 Zylinderkopf
12 erste Achse
13 zweite Achse
14 Ventilschaft
15 Verriegelungsvorrichtung
16 Druckfeder
17 Druckölkanal
18 Abstütz- und Rückstellelement

Claims

1. Ventilsteuereinrichtung für eine Brennkraftmaschine mit zwei wahlweise auf ein Gaswechselventil einwirkenden Schlepphebeln, die mit zwei unterschiedli chen Nockenprofilen betätigbar sind, wobei einer der Schlepphebel als Pri märhebel an einem Ende um eine erste Achse schwenkbar gelagert ist und an seinem anderen Ende mit dem Ventilschaft des Gaswechselventils zusammen wirkt, wobei der andere Schlepphebel als Sekundärhebel an dem Primärhebel um eine zu der ersten Achse parallele zweite Achse schwenkbar gelagert ist, und wobei im Bereich der ersten Achse ein schaltbares Abstützelement auf einen der Hebel einwirkt, dadurch gekennzeichnet, daß der Primärhebel (1) und der Sekundärhebel (2) eine gemeinsame Verriegelungsvorrichtung (15) aufweisen, mit welcher sie zueinander ver- oder entriegelbar sind.

2. Einrichtung nach Anspruch 1, dadurch gekennzeichnet, daß die Verriege lungsvorrichtung (15) einen in fluchtenden Bohrungen des Primärhebels (1) und des Sekundärhebels (2) verschiebbaren Kolben aufweist, welcher an einer Stirnseite von einer Druckfeder (16) und an der anderen Stirnseite von einem Drucköl beaufschlagt ist.

3. Einrichtung nach Anspruch 2, dadurch gekennzeichnet, daß die Verriege lungsvorrichtung (15) mit einem Druckölkanal (17) verbunden ist, der innerhalb des Primärhebels (1) und dessen erster Achse (12) sowie des schaltbaren Ab stützelementes (10) verläuft.

4. Einrichtung nach Anspruch 1, dadurch gekennzeichnet, daß in dem Pri märhebel (1) ein Rollenlenker (3) mit einer drehbar gelagerten ersten Nockenrol le (4) angeordnet ist.

5. Einrichtung nach Anspruch 4, dadurch gekennzeichnet, daß der in dem Primärhebel (1) angeordnete Rollenlenker (3) gemeinsam mit dem Sekundärhe bel (2) um die zweite Achse (13) schwenkbar gelagert ist, wobei der Primärhe bel (1) und der Sekundärhebel (2) axial hintereinander angeordnet sind.

6. Einrichtung nach Anspruch 4, dadurch gekennzeichnet, daß der Rollenlenker (3) und der Primärhebel (1) formschlüssig miteinander verbunden sind, wobei die Außenkonturen des Rollenlenkers (3) und des Primärhebels (1) in ihrem Berührungsbereich einander entsprechen.

7. Einrichtung nach Anspruch 4, dadurch gekennzeichnet, daß in dem Sekun därhebel (2) eine zweite Nockenrolle (5) drehbar gelagert ist.

8. Einrichtung nach Anspruch 7, dadurch gekennzeichnet, daß an dem Nocken (6) ein kleines Nockenprofil (7) für die Berührung mit der ersten Nockenrolle (4) und ein großes Nockenprofil (8) für die Berührung mit der zweiten Nockenrolle (5) ausgebildet ist.