DE20116652U1 - Kolbenbrennkraftmaschine mit mechanisch betätigten, auf einen Minihub umschaltbaren Gaswechselventilen - Google Patents

Description

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Bezeichnung Kolbenbrennkraftmaschine mit mechanisch betätigten, auf einen Minihub umschaltbaren Gaswechselventilen

Beschreibung

Auch bei einer Kolbenbrennkraftmaschine mit mechanisch betätigten Gaswechselventilen, die mit Hilfe wenigstens einer &igr; Nockenwelle über Rollenschlepphebel betätigt werden, besteht die Möglichkeit, durch mechanische Stellmittel die Gaswechselventile für eine Teillast so zu betreiben, daß nur ein ganz geringer Öffnungshub, d. h. ein sogenannter Minihub erfolgt.

Der Erfindung liegt die Aufgabe zugrunde, eine Kolbenbrennkraftmaschine mit Gaswechselventilen zu schaffen, die einen einfachen Aufbau einer derartigen mechanischen Verstellung aufweist.

Diese Aufgabe wird gemäß der Erfindung mit den im Anspruch 1 angegebenen Mitteln gelöst. Dadurch, daß die Gelenkachse für die beiden Teilhebel gleichzeitig als Lagerung für die Rolle dient, ergibt sich ein erheblich vereinfachter Aufbau des Ventiltriebs. Durch eine Rückholfeder ist gewährleistet, daß 5 bei Minihubbetrieb für das Gaswechselventil die beiden Teilhebel mit der Rolle der Nockenkontur nachgeführt werden und so auch bei dieser Betriebsweise die Rolle mit dem Nocken in Kontakt bleibt, und zwar sowohl in einer gestreckten Stellung des Rollenschlepphebels bei geschlossenem Ventil als auch in abgewinkelter, durch die Mitnehmeranordnung begrenzten Hub. Das Gaswechselventil öffnet hierbei höchstens um wenige Millimeter. Zugleich ist gewährleistet, daß nach dem Drucklossetzen der Kolben-Zylinder-Einheit die beiden Teilhebel während der Dauer des Anliegens der Rolle am Grundkreis des Nokkens ihre gestreckte Stellung einnehmen und das Riegelelement in seine Aufnahme eingreifen und beide Teilelemente miteinander verrieg.eln..kann.. ..

In besonders vorteilhafter Ausgestaltung der Erfindung ist vorgesehen, daß der dem Gaswechselventil zugeordnete Teilhebel eine der Abstützung zugekehrte, über die Gelenkachse reichende Verlängerung aufweist, die einen Bereich des der Abstützung zugeordneten Teilhebels scherenartig überdeckt und daß das Verriegelungsmittel dem sich scherenartig überdeckenden Bereich der beiden Teilhebel zugeordnet ist.

In weiterer vorteilhafter Ausgestaltung der Erfindung ist vorgesehen, daß das Verriegelungsmittel durch eine mit Drucköl beaufschlagbare Kolben-Zylinder-Einheit gebildet wird, die in dem der Abstützung zugeordneten Teilhebel angeordnet ist und die ein parallel zur Gelenkachse verschiebbares Riegelelement mit einem Kolbenteil und einem Riegelteil aufweist. Der Riegelteil und der Kolbenteil können hierbei als gesonderte Bauelemente ausgebildet sein oder aber in einer vorteilhaften Ausgestaltung der Erfindung einstückig miteinander verbunden sein. Zweckmäßig ist es hierbei, wenn eine Rück-0 stellfeder vorgesehen ist, die das Riegelelement in seiner Sperrstellung hält, so daß im Normalbetrieb die beiden Teilhebel miteinander verriegelt sind und erst durch Beaufschlagung der Kolben-Zylinder-Einheit mit Drucköl entsperrt werden und damit das entsprechende Gaswechselventil im Minihubbetrieb arbeiten kann.

In vorteilhafter Ausgestaltung der Erfindung ist vorgesehen, daß die Versorgung der Kolben-Zylinder-Einheit mit Drucköl über ein die Abstützung bildendes hydraulisches Spielausgleichselement erfolgt. Ein derartiges hydraulisches Spielausgleichselement ist bei der Anordnung von Rollenschlepphebeln ohnehin vorhanden, so daß für die Druckölversorgung der Kolben-Zylinder-Einheit lediglich ein entsprechender Druckölkanal in dem auf dem Ausgleichselement aufliegenden Teilhebel vorzusehen ist, der mit dem Zylinder der Kolben-Zylinder-Einheit in Verbindung steht. Die Federkraft der Rückstellfeder der Kolben-jZyli.nder.j-EjjihQit ist. hißrkeä .so bemessen, daß sie

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bei dem für den Spielausgleich notwendigen Druckniveau und der gegebenen Kolbenfläche nicht zusammengedrückt wird, so daß die Rolle des Rollenschlepphebels immer mit dem Nocken in Kontakt steht. Soll nun ein Gaswechselventil auf Minihubbetrieb umgestellt werden, dann wird der Druck in der Druckölversorgung der Ausgleichselemente so weit erhöht, daß die Rückstellfeder des Riegelelementes zusammengedrückt wird und damit die Verriegelung zwischen den beiden Teilhebeln gelöst wird. Der eine Teilhebel kann dann mit seinem Mitnehmer bis auf den Mitnehmeranschlag am anderen Teilhebel durchschwingen und den vorgesehenen Resthub ausführen. Soll das betreffende Gaswechselventil wieder voll öffnen, dann wird der Öldruck entsprechend wieder abgesenkt, so daß über die Rückstellfeder das Riegelelement mit dem anderen Teilhebel wieder in Eingriff gebracht wird und beide Teilhebel miteinander verriegelt. In Abwandlung hierzu kann durch entsprechende Ausgestaltung des Abstützelementes die Schaltölversorgung zur Betätigung der Verriegelung von der Druckölversorgung des Spielausgleichselementes getrennt werden.

In vorteilhafter weiterer Ausgestaltung der Erfindung ist vorgesehen, daß zumindest der dem Gaswechselventil zugeordnete Teilhebel klauenförmig ausgebildet ist und im Bereich der Gelenkachse die Rolle übergreift, wobei ein Klauenteil die Verlängerung bildet. Diese Ausführungsform bietet eine sehr stabile und platzsparende Konstruktion des Rollenschlepphebels, die zugleich eine einwandfreie Lagerung der Gelenkachse und der Rolle bietet.

Die Erfindung wird anhand schematischer Zeichnungen eines Ausführungsbeispiels näher erläutert. Es zeigen:

Fig. 1 in einer Seitenansicht ein über Nocken und Rollenschlepphebel betätigbares Gaswechselventil in der Grundkreisphase,

Fig. 2

Fig. 3

das Gaswechselventil gem. Fig. 1 in seiner Einstellung für Minihubbetrieb in geöffneter Stellung,

einen Horizontalschnitt gem. der Linie III-III durch den Rollenschlepphebel in Fig. 1 in größerem Maßstab,

Fig. 4

im Teil-Vertikalschnitt in größerem Maßstab die Druckölversorgung des Verriegelungsmittels über einen hydraulischen Ventilspielausgleich.

In Fig. 1 ist ein mechanischer Nocken-Ventiltrieb zur Betätigung eines Gaswechselventils 1 dargestellt. Das Gaswechselventil ist an seinem Schaft 2 mit einem Federteller 3 versehen, über den es sich auf einer Ventilfeder 4 abstützt und von dieser in Schließstellung gehalten wird.

Zur Betätigung des Gaswechselventils 1 ist ein Rollenschlepphebel 5 vorgesehen, der im wesentlichen durch einen Teilhebel 5.1 und einen Teilhebel 5.2 gebildet wird. Die beiden Teilhebel 5.1 und 5.2 sind über eine Gelenkachse 6 gelenkig miteinander verbunden, auf der eine Rolle 7 frei drehbar gelagert ist, die am Nocken 8 der zugehörigen Nockenwelle anliegt.

Der Rollenschlepphebel 5 stützt sich mit seinem, dem Teilhebel 5.1 zugeordneten freien Ende auf dem Ventilschaft 2 ab. Mit seinem, dem Teilhebel 5.2 zugeordneten freien Ende stützt sich der Rollenschlepphebel 5 über eine Kalotte auf dem beweglichen Teil 9 eines hydraulischen Spielausgleichselementes 10 bekannter Bauart oder einem kugelförmigen Ende eines entsprechenden Maschinenelementes ab, das mit dem Motorblock 11 fest verbunden ist und über eine entsprechende Kanalanordnung 12 im Motorblock mit einer Druckölversorgung in Verbindung steht.

Zwischen den beiden Teilhebeln 5.1 und 5.2 ist ein schaltbares Verriegelungsmittel 13 vorgesehen, das nachstehend in seinem Aufbau und in seiner Funktionsweise noch näher erläutert werden wird. In der gezeigten Verriegelungsstellung bilden die beiden Teilhebel 5.1 und 5.2 ein starre Einheit, so daß bei Drehung des Nockens 8 das Gaswechselventil entsprechend der Hubhöhe des Nockens 8 voll geöffnet und wieder geschlossen wird.

Soll nun das betreffende Gaswechselventil nur für einen sogenannten Minihub von nur wenigen Millimetern geöffnet werden, dann wird über eine Steuerung das Verriegelungsmittel 13 betätigt und die Verriegelung zwischen den beiden Teilhebeln 5.1 und 5.2 aufgehoben, so daß der Rollenschlepphebel im Bereich der Rolle 7 "einknickt" und eine Kraftübertragung auf das Gaswechselventil erst dann erfolgen kann, wenn ein Mitnehmer 5.3 am Teilhebel 5.1 an einem Mitnehmeranschlag 5.4 am Teilhebel 5.2 zur Anlage kommt, wie dies in Fig. 2 dargestellt ist. Durch entsprechende Dimensionierungen wird erreicht, daß beim Durchlaufen der Nockenspitze 8.2 das Gaswechselventil 2 nur um ein entsprechend geringes Maß, eben in einem Minihub öffnet.

Da der Mitnehmer 5.3 erst dann am Mitnehmeranschlag 5.4 zur Anlage kommt, wenn die Steuerkurve des Nockens 8 beim Einlaufen in den Bereich der Nockenspitze schon flach verläuft und nur noch eine geringe kinematische Geschwindigkeit des Mitnehmers 5.3 gegeben ist, halten sich die Stoßbeanspruchungen zwischen Mitnehmer 5.3 und Mitnehmeranschlag 5.4 in vertretbaren Grenzen. Im Bereich der für den Minihubbetrieb sinnvollen - niedrigen bis mittleren -Drehzahlen ist somit ein dauerfester Betrieb möglich. Unterstützend können hier Eingriffe durch Optimierung der Nockenkontur, oder durch die funktionsgerechte Gestaltung der Mitnehmeranordnung wirken. Letzteres insbesondere über die geometrische Gestaltung des Mitnehmers oder aber durch die Wahl von Materialien mit dämpfenden Eigenschaften,_%.

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Eine zwischen den beiden Teilhebeln 5.1 und 5.2 angeordnete, hier nur schematisch als Schraubendruckfeder angedeutete Rückholfeder 14 sorgt dafür, daß die beiden Teilhebel um die Gelenkachse 6 auseinandergedrückt werden und so die Rolle 7 bei einer Entriegelung der beiden Teilhebel im Minihubbetrieb mit der Steuerkontur des Nockens 8 weiter in Kontakt bleibt und auf dieser nachgeführt wird. Bei dieser Betriebsweise können die beiden Teilhebel sowohl um die Gelenkachse 6 als auch um ihre Auflagen am Ende 2.1 des Ventilschaftes einerseits und an der Abstützung, hier dem beweglichen Teil 9 des hydraulischen Ausgleichselementes andererseits schwingen.

Sollen die beiden Teilhebel 5.1 und 5.2 wieder miteinander verriegelt werden, dann wird, wie nachstehend noch näher erläutert werden wird, das Verriegelungsmittel entsprechend drucklos gesetzt, so daß über eine vorhandene Rückstellfeder das Verriegelungsmittel in der Phase wieder in Eingriff gelangen kann, wenn die Rolle 7 am Bereich 8.1 des Grundkreisbereichs 8.1 des Nockens 8 anliegt.

In Fig. 3 ist in einem Horizontalschnitt in größerem Maßstab der Rollenschlepphebel 5 gezeigt. Aus Gründen der einfacheren Darstellung sind der Mitnehmer 5.3 und der Mitnehmeranschlag 5.4 nicht gezeichnet. Die Teilhebel 5.1 und 5.2 sind bei dieser Ausführungsform klauenartig ausgebildet und umgreift die Gelenkachse 6 und die Rolle 7. Eine Verlängerung 5.3 am Teilhebel 5.1 überdeckt hierbei seitlich den Teilhebel 5.2, so daß sich die beiden Teilhebel in entriegeltem Zustand um die Gelenkachse scherenartig relativ zueinander verschwenken können.

Im Teilhebel 5.2 ist das Verriegelungsmittel 13 gelagert. Bei dem hier dargestellten Ausführungsbeispiel besteht dies aus einem Zylinder 15, in dem ein Kolbenteil 16 verschiebbar gelagert ist. In einer entsprechenden Ausnehmung 17 in der Ver-

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längerung 5.3 des Teilhebels 5.1 ist ein Riegelteil 18 gegen die Kraft einer Rückstellfeder 19 verschiebbar gelagert.

Der Zylinder 15 steht über einen Zuleitungskanal 20 mit einer Druckölversorgung in Verbindung. Wird der Zylinder 15 durch Drucköl mit entsprechend hohem Druck beaufschlagt, dann schiebt der Kolbenteil 16 den Riegelteil 18 gegen die Kraft der Rückstellfeder 19 bis zum Anschlag in seine Ausnehmung 17 zurück. Der Riegelteil 18 ist hierbei in seiner Länge so bemessen, daß er in entriegeltem Zustand, wie hier dargestellt, die scherenartige Relativbewegung der beiden Teilhebel 5.1 und 5.2 ermöglicht, wobei die Stirnflächen des Riegelteils 18 einerseits und des Kolbenteils 16 andererseits aufeinandergleiten.

Wird der Zylinder 15 drucklos gesetzt, dann schiebt während der Abrollzeit der Rolle 7 auf dem Grundkreis 8.1 des Nockens die Rückstellfeder 19 den Riegelteil 18 sowie den Kolbenteil 16 in den Zylinder 15 zurück, wobei der Riegelteil 18 in den dann frei werdenden Teil des Zylinders 15 eingreift und die beiden Teilhebel 5.1 und 5.2 fest miteinander verriegelt. Die Rückstellkraft muß ausreichend groß sein, um den des Riegelelements sehr schnell zurückzuschieben.

Das Verriegelungselement kann in der Weise abgewandelt werden, daß das Riegelelement zugleich als Kolben wirkt. Hierzu ist es erforderlich, die Richtung der Kraftwirkung der Rückstellfeder und des Öldrucks zu ändern sowie den Kolben entsprechend anders auszubilden. Eine im Zylinder 15 angeordnete Rückstellfeder drückt den Kolben bei drucklosem Zustand bzw. bei geringem Öldruck in die Ausnehmung 17 und verriegelt die beiden Teilhebel gegeneinander. Wird dann der als Kolben ausgebildete Teil des Riegelelementes in Gegenrichtung zur Kraftwirkung dieser Feder mit Druck beaufschlagt, wird er in den Zylinder 15 zurückgedrückt und der mit dem Kolben fest verbundene riegelnde Teil wird aus der Ausnehmung 17 heraus-

gezogen und gibt den Teilhebel 5.1 gegenüber dem Teilhebel 5.2 frei.

In Fig. 4 ist in einem vertikalen Teilschnitt im größeren Maßstab die Abstützung des Teilhebels 5.2 auf dem Spielausgleichselement 10 im Schnitt dargestellt. Das Spielausgleichselement 10 besteht im wesentlichen aus einem Zylinderteil 10.1, in dem das hohl ausgebildete Stützteil 9 kolbenartig geführt ist. Über die Zuleitung 12 wird der Innenraum des beweglichen Teils 9 mit Drucköl mit einem vorgegebenen geringen Druck beaufschlagt, so daß in jeder Temperaturlage eine Anlage der Rolle 7 am Nocken 8 und eine Auflage des freien Endes des Teilhebels 5.1 auf dem Ende bei Punkt 1 des Ventilschafts 2 gewährleistet ist. Im Bereich der Abstützung des freien Endes des Teilhebels 5.2 auf dem Teilelement 9 weist das Teilelement 9 eine Durchgangsbohrung 21 auf, die mit dem Zuleitungskanal 20 in Verbindung steht und die, wie in Fig. 3 dargestellt, in den Zylinder 15 ausmündet. Soll nun, wie vorstehend beschrieben, das Gaswechselventil deaktiviert werden, 0 dann wird das Spielausgleichselement 10 mit einem entsprechend erhöhten Druck beaufschlagt, der so groß ist, daß die Rückstellfeder 17 der Bauart gemäß Fig. 3 zusammengedrückt und der Riegelteil 18 vollständig in seine Aufnahme 17 in der Verlängerung 5.3 des Teilhebels 5.1 eingeschoben wird und so die beiden Teilhebel außer Eingriff gebracht werden.

Bei der anderen vorstehend beschriebenen Bauform wird durch die erhöhte Druckbeaufschlagung der mit einem Ansatz als Riegelteil versehene Kolben 16 in den Zylinder 15 gegen die Kraft einer Rückstellfeder zurückgeschoben und damit der mit dem Kolben 16 verbundene Ansatz aus der Ausnehmung 17 zurückgezogen.

Claims (6)

1. Kolbenbrennkraftmaschine mit mechanisch betätigten Gaswechselventilen, die jeweils durch wenigstens eine Nockenwelle über einen Rollenschlepphebel (5) mit Rolle (7) betätigt werden, der aus zwei Teilhebeln (5.1, 5.2) besteht, die über eine Gelenkachse (6) gelenkig miteinander verbunden sind, auf der die einem Nocken (8) der Nockenwelle zugeordnete Rolle (7) drehbar gelagert ist, und mit einem zwischen den beiden Teilhebeln (5.1, 5.2) wirksamen schaltbaren Verriegelungsmittel (13), durch das die Kraftübertragung zwischen Nockenwelle und Gaswechselventil auf Vollhub oder Minihub umschaltbar ist, wobei das freie Ende des einen Teilhebels (5.1) sich auf dem Gaswechselventil (2) abstützt und für das freie Ende des anderen Teilhebels auf dem Motorblock eine Abstützung vorgesehen ist, sowie mit einer zwischen den beiden Teilhebeln (5.1, 5.2) wirksamen Rückholfeder (14), die bei entriegelten Teilhebeln die Rolle (7) an den Nocken nachführend andrückt und einer bei Minihub zwischen den beiden Teilhebeln (5.1, 5.2) wirksamen Mitnehmeranordnung (5.3, 5.4).

2. Kolbenbrennkraftmaschine nach Anspruch 1, dadurch gekennzeichnet, daß der dem Gaswechselventil (2) zugeordnete Teilhebel (5.1) eine der Abstützung zugekehrte, über die Gelenkachse (6) reichende Verlängerung (5.3) aufweist, die einen Bereich des der Abstützung zugeordneten Teilhebels (5.2) scherenartig überdeckt, und daß das Verriegelungsmittel (13) dem sich scherenartig überdeckenden Bereich der beiden Teilhebel (5.1, 5.2) zugeordnet ist.

3. Kolbenbrennkraftmaschine nach Anspruch 1 oder 2, dadurch gekennzeichnet, daß das Verriegelungsmittel (13) durch einen mit Drucköl beaufschlagbare Kolben-Zylinder-Einheit gebildet wird, die in dem der Abstützung zugeordneten Teilhebel (5.2) angeordnet ist und die ein parallel zur Gelenkachse (6) verschiebbares Riegelelement mit einem Kolbenteil (16) und einem Riegelteil (18) aufweist.

4. Kolbenbrennkraftmaschine nach einem der Ansprüche 1 bis 3, dadurch gekennzeichnet, daß der Riegelteil durch einen Sperrkörper (18) gebildet wird, der in dem dem Gaswechselventil zugeordneten Teilhebel (5.1) in einer Ausnehmung (17) verschiebbar gelagert ist und sich einenends auf einer Rückstellfeder (19) und anderenends auf dem Kolben (16) abstützt.

5. Kolbenbrennkraftmaschine nach einem der Ansprüche 1 bis 4, dadurch gekennzeichnet, daß die Versorgung der Kolben- Zylinder-Einheit (15, 16) mit Drucköl über einen die Abstützung bildendes Spielausgleichselement (10) erfolgt.

6. Kolbenbrennkraftmaschine nach einem der Ansprüche 1 bis 5, dadurch gekennzeichnet, daß zumindest der dem Gaswechselventil (2) zugeordnete Teilhebel (5.1) klauenförmig ausgebildet ist und im Bereich der Gelenkachse (6) die Rolle (7) übergreift, wobei ein Klauenteil (5.3) eine Verlängerung bildet.