DE3787522T2

DE3787522T2 - Ventilantriebsmechanismus für Brennkraftmaschine.

Info

Publication number: DE3787522T2
Application number: DE19873787522
Authority: DE
Inventors: Yoshio Ajiki; Kazuo Inoue; Masaaki Katoh; Kenichi Nagahiro
Original assignee: Honda Motor Co Ltd
Current assignee: Honda Motor Co Ltd
Priority date: 1987-01-30
Filing date: 1987-01-30
Publication date: 1994-01-20
Anticipated expiration: 2007-01-31
Also published as: DE3787522D1

Description

Die vorliegende Erfindung bezieht sich auf einen Ventilantriebsmechanismus für eine Brennkraftmaschine, umfassend eine Nockenwelle, die synchron zur Rotation der Brennkraftmaschine drehbar ist und einteilige Nocken zum Antrieb eines Paares von Einlaß- oder Auslaßventilen aufweist, und auf einer Kipphebelwelle gehaltene, winkelig bewegliche Kipphebel oder Nockenfolger zum Öffnen und Schließen der Einlaß- oder Auslaßventile infolge der Drehung der Nocken.
Die offengelegte japanische Patentveröffentlichung Nr. 59 (1984)-226216 offenbart beispielsweise einen Ventilantriebsmechanismus zur Verwendung in einer Brennkraftmaschine mit einer Mehrzahl von Einlaß- oder Auslaßventilen pro Maschinenzylinder. Wenn die Maschine bei einer niedrigen Geschwindigkeit arbeitet, bleiben einige der Einlaß- oder Auslaßventile geschlossen. Wenn die Einlaß- oder Auslaßventile eines bestimmten Zylinders einer Mehrzylinder- Brennkraftmaschine außer Betrieb gehalten werden könnten, um den Betrieb dieses Zylinders der Maschine abzuschalten, würde der Kraftstoffverbrauch dadurch reduziert werden, daß der Antrieb der Einlaß- oder Auslaßventile dieses bestimmten Zylinders gestoppt wird, während die Maschine in einem Niedergeschwindigkeitsbereich arbeitet. In der Vergangenheit sind jedoch keine Vorrichtungen erhältlich gewesen, um eine derartige Aufgabe zufriedenstellend zu erfüllen.
Aus der GB-A-2 162 246 (auf die sich der Oberbegriff des Anspruchs 1 stützt) ist es bekannt, einen Mechanismus zum Antrieb eines Paares von Ventilen vorzusehen, der zwei Nockenfolger oder Kipphebel umfaßt, die jeder mit einem Nocken beziehungsweise einem ringförmigen erhabenen Abschnitt, welche auf einer Nockenwelle vorgesehen sind, zusammenwirken, wobei jeder Kipphebel ein jeweiliges Ventil antreibt, und die Kipphebel wahlweise derart miteinander verbindbar sind, daß beide Ventile gemäß dem Profil des Nockens angetrieben werden, und derart trennbar sind, daß ein Ventil von dem Nocken angetrieben wird und das andere geschlossen bleibt.
Aus der DE-A-3 613 945 (Fig. 1E) ist es bekannt, ein Paar von Ventilen durch einen ersten Nockenfolger zu steuern, mit einem zweiten Nockenfolger, der wahlweise angeschlossen werden kann, um die Bewegung des ersten Nockenfolgers zu übernehmen. Der erste Nockenfolger wirkt mit einem Paar von gleichartigen Niedergeschwindigkeitsnocken zusammen, der zweite Nockenfolger wirkt mit einem Hochgeschwindigkeitsnocken zusammen. Das Ventilpaar kann von beiden Nockenfolgern getrennt werden, um die Ventile antriebslos zu machen.
Aus der DE-A-3 326 768 ist es bekannt, einen Mechanismus zum Antrieb eines Einlaß- und Auslaßventils eines Maschinenzylinders vorzusehen, umfassend einen Kipphebel für jedes Ventil, der auf einer Kipphebelwelle axial beweglich ist. Axiale Bewegung des Kipphebels stellt ihn vom Eingriff mit einem Nocken, der für den Normalbetrieb das Ventil öffnet und schließt, um in den Eingriff mit einem allgemein ringförmigen erhabenen Abschnitt, um das Ventil im wesentlichen geschlossen zu halten. Es gibt keine selektiv miteinander verbindbaren Kipphebel.
Es ist ein Ziel der vorliegenden Erfindung, einen Ventilantriebsmechanismus für eine Brennkraftmaschine mit einer vergleichsweise einfachen Struktur vorzusehen, der die Einlaß- oder Auslaßventile eines bestimmten Zylinders der Maschine antriebslos macht, um bessere Kraftstoffverbrauchswerte zu erzielen.
Gemäß der vorliegenden Erfindung ist ein Ventilantriebsmechanismus vorgesehen, der im Betrieb eine Mehrzahl von Ventilen eines bestimmten Zylinders einer Mehrzylinder- Brennkraftmaschine antreibt, umfassend:
eine Nockenwelle, die eine ringförmige erhabene Abschnittseinrichtung trägt, um mindestens eines der Ventile in einem geschlossenen Zustand zu halten, und eine Nockeneinrichtung trägt, welche ein Nockenprofil zum aufeinanderfolgenden Öffnen und Schließen der Ventile aufweist;
eine erste Nockenfolgereinrichtung, die mit der ringförmigen erhabenen Abschnittseinrichtung gleitend zusammenwirkt und betrieblich das mindestens eine Ventil mit der ringförmigen erhabenen Abschnittseinrichtung verbindet;
eine zweite Nockenfolgereinrichtung, die mit der Nockeneinrichtung gleitend zusammenwirkt; und
eine Kupplungseinrichtung, um bei einem vorherbestimmten Betriebszustand der Maschine die erste und zweite Nockenfolgereinrichtung selektiv miteinander zu verbinden und zu trennen, wobei die ringförmige erhabene Abschnittseinrichtung wirksam ist, das mindestens eine Ventil während eines Geschwindigkeitsbereichs des Maschinenbetriebs, wenn die erste und zweite Nockenfolgereinrichtung getrennt sind, geschlossen zu halten, und die Nockeneinrichtung wirksam ist, die Ventile während eines anderen Geschwindigkeitsbereichs des Maschinenbetriebs, wenn die erste und zweite Nockenfolgereinrichtung miteinander verbunden sind, anzutreiben; dadurch gekennzeichnet, daß
die Nockeneinrichtung einen Niedergeschwindigkeitsnocken und einen Hochgeschwindigkeitsnocken umfaßt und die zweite Nockenfolgereinrichtung Nockenfolger umfaßt, welche mit dem Niederbeziehungsweise dem Hochgeschwindigkeitsnocken gleitend zusammenwirken, daß alle Ventile durch die erste Nockenfolgereinrichtung betrieblich mit der ringförmigen erhabenen Abschnittseinrichtung verbunden sind, wobei die ringförmige erhabene Abschnittseinrichtung wirksam ist, alle Ventile während des genannten einen Geschwindigkeitsbereichs des Maschinenbetriebs geschlossen zu halten, wobei die Kupplungseinrichtung selektiv derart angeordnet ist, das sie die erste Nockenfolgereinrichtung und den Nockenfolger, der mit dem Niedergeschwindigkeitsnocken gleitend zusammenwirkt, miteinander verbindet, um alle Ventile in einem Niedergeschwindigkeitsbereich gemäß dem Profil des Niedergeschwindigkeitsnockens anzutreiben, und wobei die Kupplungseinrichtung selektiv derart angeordnet ist, daß sie die erste Nockenfolgereinrichtung und den Nockenfolger, der mit dem Hochgeschwindigkeitsnocken gleitend zusammenwirkt, miteinander verbindet, um alle Ventile in einem Hochgeschwindigkeitsbereich gemäß dem Profil des Hochgeschwindigkeitsnockens anzutreiben.
Die Ventile bleiben dann durch den ringförmigen erhabenen Abschnitt antriebslos und werden durch die Nieder- und Hochgeschwindigkeitsnocken selektiv in Nieder- und Hochgeschwindigkeitsbereichen angetrieben.
In einer bevorzugten Ausführung ist der ringförmige erhabene Abschnitt zwischen dem Nieder- und Hochgeschwindigkeitsnocken angeordnet.
In einer anderen bevorzugten Ausführung ist der Niedergeschwindigkeitsnocken zwischen dem ringförmigen erhabenen Abschnitt und dem Hochgeschwindigkeitsnocken angeordnet.
Anhand von Beispielen und mit Bezug auf die begleitenden Zeichnungen werden nun bestimmte Ventilantriebsmechanismen beschrieben. Die Mechanismen der Fig. 1 bis 10 sind keine erfindungsgemäßen Ausführungen, sind jedoch hier einbezogen, um das Verständnis der Mechanismen der Fig. 11 bis 15, welche erfindungsgemäße Ausführungen sind, zu erleichtern. In den Zeichnungen zeigt:
Fig. 1 einen senkrechten Querschnitt durch einen Ventilantriebsmechanismus mit Blick entlang der Linie I-I gemäß Fig. 2;
Fig. 2 eine Draufsicht auf den in Fig. 1 gezeigten Ventilantriebsmechanismus;
Fig. 3 einen Querschnitt entlang der Linie III-III gemäß Fig. 1, in dem untereinander verbundene erste und zweite Nockenfolger zu sehen sind;
Fig. 4 einen Querschnitt ähnlich dem aus Fig. 3, in dem voneinander getrennte erste und zweite Nockenfolger zu sehen sind;
Fig. 5 einen senkrechten Querschnitt durch einen anderen Ventilantriebsmechanismus entlang der Linie V-V gemäß Fig. 6;
Fig. 6 eine Draufsicht auf den in Fig. 5 gezeigten Ventilantriebsmechanismus;
Fig. 7 einen Querschnitt entlang der Linie VII-VII gemäß Fig. 6;
Fig. 8 einen Querschnitt entlang der Linie VIII-VIII gemäß Fig. 5 in dem erste bis dritte Nockenfolger voneinander getrennt gezeigt sind;
Fig. 9 einen Querschnitt ähnlich dem aus Fig. 8, in dem der erste bis dritte Nockenfolger miteinander verbunden gezeigt sind;
Fig. 10 eine Draufsicht auf einen weiteren Ventilantriebsmechanismus;
Fig. 11 eine Draufsicht auf eine erste erfindungsgemäße Ausführung eines Ventilantriebsmechanismus;
Fig. 12 einen Querschnitt entlang der Linie XII-XII gemäß Fig. 11;
Fig. 13 einen Querschnitt entlang der Linie XIII-XIII gemäß Fig. 12, in dem ein Mechanismus gezeigt ist, der den Ventilantriebsmechanismus aus Fig. 11 betätigt;
Fig. 14 eine Draufsicht auf eine zweite erfindungsgemäße Ausführung eines Ventilantriebsmechanismus; und
Fig. 15 einen Querschnitt ähnlich dem aus den Fig. 8, 9 und 13, in dem ein Mechanismus gezeigt wird, der den Ventilantriebsmechanismus aus Fig. 14 betätigt.
Die Fig. 1 und 2 zeigen einen in eine Brennkraftmaschine eingebauten Ventilantriebsmechanismus zum Gebrauch mit einem bestimmten Zylinder der Maschine, welcher ein Paar von Einlaßventilen 1a, 1b aufweist, über die ein Kraftstoff- Luftgemisch in eine in einem Maschinenkörper definierte Brennkammer eingeführt wird.
Der Ventilantriebsmechanismus umfaßt eine Nockenwelle 2, die synchron zur Rotation der Maschine bei einem Geschwindigkeitsverhältnis von 1/2 in Bezug auf die Rotationsgeschwindigkeit der Maschine drehbar ist. Die Nockenwelle 2 weist einen ringförmigen erhabenen Abschnitt 3 und einen Nocken 5 auf, welche einteilig auf dem Umfang der Nockenwelle 2 angeordnet sind. Der Ventilantriebsmechanismus weist auch eine Kipphebelwelle 6 auf, welche sich parallel zur Nockenwelle 2 erstreckt, und erste und zweite Kipphebel oder Nockenfolger 7, 8, die winkelig beweglich auf der Kipphebelwelle 6 gelagert sind und gegen den Nocken 5 bzw. den erhabenen Abschnitt 3 auf der Nockenwelle 2 gehalten sind. Durch den erhabenen Abschnitt 3 bleiben die Einlaßventile 1a, 1b in einem Niedergeschwindigkeitsbereich der Maschine geschlossen oder antriebslos.
Die Nockenwelle 2 ist drehbar über dem Maschinenkörper angeordnet. Der erhabene Bereich 3 ist in einer Lage angeordnet, die einer Zwischenposition zwischen den Einlaßventilen 1a, 1b, wie in Fig. 2 gezeigt, entspricht. Der Nocken 5 ist mit dem Einlaßventil 1b im wesentlichen auf einer Linie angeordnet. Der erhabene Abschnitt 3 weist ein Umfangsprofil in der Form eines Kreises auf, der dem Grundkreis 5b des Nockens 5 entspricht. Der Nocken 5 weist einen vom Grundkreis 5b nach radial außen hervor stehenden Nockenbuckel 5a auf.
Die Kipphebelwelle 6 ist unterhalb der Nockenwelle 2 befestigt. Der drehbar auf der Kipphebelwelle 6 gelagerte erste Nockenfolger 7 ist mit dem Nocken 5 ausgerichtet, der drehbar auf der Kipphebelwelle 6 gelagerte zweite Nockenfolger 8 ist mit dem erhabenen Abschnitt 3 ausgerichtet. Die Nockenfolger 7, 8 weisen auf ihren oberen Außenflächen jeweilige Nockengleitstücke 7a, 8a auf, welche in gleitendem Kontakt mit dem Nocken 5 bzw. dem erhabenen Abschnitt 3 gehalten sind. Der zweite Nockenfolger 8 umfaßt ein Paar von Armen 8b, 8c, die körperferne Enden aufweisen, die über den jeweiligen Einlaßventilen 1a, 1b positioniert sind. Stößelschrauben 12, 13 sind in ein Gewinde durch die körperfernen Enden der Arme 8b, 8c geschraubt und weisen Spitzen auf, die mit dem jeweiligen oberen Ende des Ventilschafts der Einlaßventile 1a, 1b zusammenwirken.
An den oberen Enden der Ventilschäfte der Einlaßventile 1a, 1b sind Flansche 14, 15 angebracht. Normalerweise werden die Einlaßventile 1a, 1b durch Schraubendruckfedern 16, 17, welche unter Druck um die Ventilschäfte zwischen den Flanschen 14, 15 und dem Maschinenkörper angeordnet sind, dazu gebracht, die Einlaßkanäle zu schließen.
Ein unten liegendes zylindrisches Hubteil 19 ist derart angeordnet, daß es an eine untere Außenfläche des ersten Nockenfolgers 7 anstößt. Durch eine zwischen das Hubteil 19 und den Maschinenkörper eingesetzte Druckfeder 20 mit verhältnismäßig geringer Rückstellkraft wird das Hubteil 19 normalerweise aufwärts gedrückt, um das Nockengleitstück 7a des ersten Nockenfolgers 7 gleitend gegen den Nocken federvorzuspannen.
Wie in Fig. 3 veranschaulicht ist, weisen der erste und zweite Nockenfolger 7, 8 entgegengerichtete Seitenwände auf, die miteinander in gleitendem Kontakt gehalten sind. In und zwischen dem ersten und zweiten Nockenfolger 7, 8 ist eine Wählkupplung 21 betriebsmäßig angeordnet, um selektiv die Nockenfolger 7, 8 voneinander für Relativerschiebung zu trennen und ebenso um die Nockenfolger 7, 8 miteinander für deren Bewegung im Gleichtakt zu verbinden.
Die Wählkupplung 21 umfaßt einen Kolben 23, der beweglich ist zwischen einer Position, in der er den ersten und zweiten Nockenfolger 7, 8 miteinander verbindet, und einer Position, in der er den ersten und zweiten Nockenfolger 7, 8 voneinander trennt, einen kreisförmigen Anschlag 24 zur Begrenzung der Bewegung des Kolbens 23, und eine Schraubenfeder 25, um den Anschlag 24 dazu zu bringen, den Kolben 23 in Richtung der Position zu bewegen, in der der erste und zweite Nockenfolger 7, 8 voneinander getrennt sind.
Der zweite Nockenfolger 8 weist ein erstes Führungsloch 26 auf, das in Richtung des ersten Nockenfolgers 7 geöffnet ist und sich parallel zur Kipphebelwelle 6 erstreckt. Der zweite Nockenfolger 8 weist auch ein Loch mit kleinerem Durchmesser 28 nahe dem geschlossenen Ende des ersten Führungslochs 26 auf, wobei eine Stufe oder Schulter 27 zwischen dem Loch mit kleinerem Durchmesser 28 und dem ersten Führungsloch 26 begrenzt wird. Der Kolben 23 ist gleitend in das erste Führungsloch 26 eingepaßt. Das geschlossene Ende des Lochs mit kleinerem Durchmesser 28 und der Kolben 23 begrenzen zwischen sich eine Hydraulikdruckkammer 29.
Der zweite Nockenfolger 8 weist einen Hydraulikdurchgang 30 auf, der darin in Verbindung mit der Hydraulikdruckkammer 29 definiert ist. Die Kipphebelwelle 6 weist einen Hydraulikdurchgang 31 auf, der darin axial begrenzt ist und mit einer nicht gezeigten Hydraulikdruckquelle über einen geeigneten Hydraulikdruck-Steuermechanismus gekoppelt ist. Die Hydraulikdurchgänge 30, 31 werden miteinander über ein Loch 32, welches in einer Seitenwand der Kipphebelwelle 6 definiert ist, in Verbindung gehalten, unabhängig davon, wie der zweite Nockenfolger 8 um die Kipphebelwelle 6 winkelig bewegt wird.
Der erste Nockenfolger 7 weist ein zweites Führungsloch 35 auf, das sich paßgenau zu dem ersten Führungsloch 26 im zweiten Nockenfolger 8 in Richtung des zweiten Nockenfolgers 8 öffnet. Der kreisförmige Anschlag 24 ist in dem zweiten Führungsloch 35 gleitend eingepaßt. Der erste Nockenfolger 7 weist auch ein Loch mit kleinerem Durchmesser 37 nahe dem geschlossenen Ende des zweiten Führungsloch 35 auf, wobei eine Stufe oder Schulter 36 zur Begrenzung der Bewegung des kreisförmigen Anschlags 24 zwischen dem zweiten Führungsloch 35 und dem Loch mit kleinerem Durchmesser 37 definiert wird. Der erste Nockenfolger 7 weist auch ein koaxial zu dem Loch mit kleinerem Durchmesser 37 definiertes durchgehendes Loch 38 auf. Einteilig und koaxial mit dem kreisförmigen Anschlag 24 ist eine Führungsstange 39 verbunden, die sich durch das Loch 38 hindurch erstreckt. Zwischen den Anschlag 24 und das geschlossene Ende des Lochs mit kleinerem Durchmesser 37 ist die Schraubenfeder 25 um die Führungsstange 39 herum angeordnet.
Die axiale Länge des Kolbens 23 ist derart gewählt, daß wenn das eine Ende des Kolbens 23 an der Stufe 27 anstößt, dessen anderes Ende genau zwischen und damit fluchtend mit den gleitenden Seitenwänden des ersten und zweiten Nockenfolgers 7, 8 liegt, und wenn der Kolben 23 in das zweite Führungsloch 35 geschoben wird, bis er den Anschlag 24 soweit verschiebt, daß dieser an der Stufe 36 anstößt, das besagte eine Ende des Kolbens 23 im ersten Führungsloch 26 verbleibt und damit der Kolben 23 sich zwischen dem ersten und zweiten Nockenfolger 7, 8 erstreckt. Normalerweise wird der Kolben 23 in Richtung des ersten Nockenfolgers 7 unter der Rückstellkraft einer Schraubenfeder 33 gedrückt, die in der Hydraulikdruckkammer 29 angeordnet ist und zwischen dem Kolben 23 und dem geschlossenen Boden des Lochs mit kleinerem Durchmesser 28 wirkt. Die Federkraft der Feder 33, die in der Hydraulikdruckkammer 29 unter Druck gesetzt ist, ist so gewählt, daß sie kleiner ist als die der unter Druck eingebauten Feder 25.
Die Arbeitsweise des Ventilantriebsmechanismus wird mit Bezugnahme auf die Fig. 3 und 4 beschrieben. Wenn die Maschine in einem Niedergeschwindigkeitsbereich zu betreiben ist, wird die Wählkupplung 21 betätigt, um den ersten und zweiten Nockenfolger 7, 8 wie in Fig. 4 veranschaulicht, voneinander zu trennen. Genauer, wird in der Hydraulikdruckkammer 29 der Hydraulikdruck durch den Hydraulikdruck- Steuermechanismus abgelassen, wodurch sich der Anschlag 24 unter der Rückstellkraft der Feder 25 in Richtung des zweiten Nockenfolgers 8 bewegen kann, bis der Kolben 23 an der Stufe 27 anstößt. Wenn der Kolben 23 mit der Stufe 27 in Eingriff steht, fluchten die sich gegenseitig berührenden Enden des Kolbens 23 und des Anschlags 24 mit den gleitenden Seitenwänden des ersten und zweiten Nockenfolgers 7, 8. Folglich werden der erste und zweite Nockenfolger 7, 8 in gegenseitigem gleitenden Kontakt für relative Winkelbewegung gehalten.
Mit dem derart getrennten ersten und zweiten Nockenfolger 7, 8, wird der erste Nockenfolger 7 winkelig in gleitendem Kontakt mit dem Nocken 5 bewegt, während der zweite Nockenfolger 8 in gleitendem Kontakt mit dem erhabenen Abschnitt 3 gehalten wird. Da der erhabene Abschnitt 3 dem zweiten Nockenfolger 8 keine durch einen Nocken hervorgerufene Bewegung aufzwingt, bleiben die Einlaßventile 1a, 1b geschlossen. Die durch den Nocken 5 verursachte Drehbewegung des ersten Nockenfolgers 7 beeinflußt die Einlaßventile 1a, 1b nicht, da der erste Nockenfolger 7 vom zweiten Nockenfolger 8 zu diesem Zeitpunkt getrennt ist. Die Reibungsverluste des Ventilantriebsmechanismus sind vergleichsweise gering, weil der erste Nockenfolger 7 unter der vergleichsweise kleinen Federkraft der Feder 20 in gleitendem Kontakt mit dem Nocken 5 gehalten wird.
Folglich bleiben die Einlaßventile 1a, 1b während des Niedergeschwindigkeitsbetriebs der Maschine geschlossen oder antriebslos, um den Kraftstoffverbrauch zu reduzieren.
Für einen Hochgeschwindigkeitsbetrieb der Maschine werden der erste und zweite Nockenfolger 7, 8 durch die Wählkupplung 21, wie in Fig. 3 gezeigt, miteinander verbunden. Genauer, wird der Hydraulikdruckkammer 29 der Wählkupplung 21 Hydraulikdruck zugeführt, um den Kolben 23 zu veranlassen, den Anschlag 24 in das zweite Führungsloch 35 gegen die Rückstellkraft der Feder 25 zu stoßen, bis der Anschlag 24 mit der Stufe 36 in Eingriff steht. Der erste und zweite Nockenfolger 7, 8 sind jetzt miteinander für Winkelbewegung im Gleichtakt verbunden.
Zu diesem Zeitpunkt wird der zweite Nockenfolger 8 dazu gebracht, sich mit dem ersten Nockenfolger 7 zu drehen. Abwechselnd öffnen und schließen deshalb die Einlaßventile 1a, 1b den jeweiligen Einlaßkanal mit der dem Profil des Nockens 5 entsprechenden Ventileinstellung und dem entsprechenden Ventilhub.
Die Fig. 5 bis 9 zeigen einen anderen Ventilantriebsmechanismus.
Der Ventilantriebsmechanismus umfaßt eine Nockenwelle 2, die synchron zur Rotation der Maschine bei einem Geschwindigkeitsverhältnis von 1/2 bezüglich der Rotationsgeschwindigkeit der Maschine drehbar ist. Die Nockenwelle 2 weist ein Paar von ringförmigen erhabenen Abschnitten 3 und einen Nocken 5 auf, welche einteilig auf dem Umfang der Nockenwelle 2 angeordnet sind. Wobei der Nocken 5 zwischen den erhabenen Abschnitten 3 angeordnet ist. Der Ventilantriebsmechanismus weist ebenso eine Kipphebelwelle 6 auf, die sich parallel zur Nockenwelle 2 erstreckt, und erste bis dritte Nockenfolger 7, 8, 9, die winkelig beweglich auf der Kipphebelwelle 6 gelagert und gegen den Nocken 5 bzw. die erhabenen Abschnitte 3 auf der Nockenwelle 2 gehalten sind. Ein Paar von Einlaßventilen 1a, 1b bleibt in einem Niedergeschwindigkeitsbereich der Maschine durch die erhabenen Abschnitte 3 antriebslos.
Die Nockenwelle 2 ist drehbar über dem Maschinenkörper angeordnet. Der Nocken 5 ist, wie in Fig. 6 gezeigt, in einer Lage entsprechend einer Zwischenposition zwischen den Einlaßventilen 1a, 1b angeordnet. Die erhabenen Abschnitte 3 sind im wesentlichen in einer Linie mit den jeweiligen Einlaßventilen 1a, 1b angebracht. Die erhabenen Abschnitte 3 weisen ein kreisförmiges Umfangsprofil auf, das dem Grundkreis 5b des Nockens 5 entspricht. Der Nocken 5 weist einen Nockenbuckel 5a auf, der nach radial außen vom Grundkreis 5b hervorsteht.
Die Kipphebelwelle 6 ist unterhalb der Nockenwelle 2 befestigt. Der drehbar auf der Kipphebelwelle 6 gelagerte erste Nockenfolger 7 ist mit dem Nocken 5 ausgerichtet, der drehbar auf der Kipphebelwelle 6 gelagerte zweite und dritte Nockenfolger 8, 9 sind mit dem jeweiligen erhabenen Abschnitt 3 ausgerichtet. Die Nockenfolger 7, 8, 9 weisen jeweils auf ihrer oberen Außenfläche ein Nockengleitstück 7a, 8a, 9a auf, die in gleitendem Kontakt mit dem Nocken 5 bzw. den erhabenen Abschnitten 3 gehalten sind. Der zweite und dritte Nockenfolger 8, 9 weisen über dem jeweiligen Einlaßventil 1a, 1b angebrachte körperferne Enden auf. Durch die körperfernen Enden der Nockenfolger 8, 9 sind Stößelschrauben 12, 13 in Gewinde eingeschraubt, die Spitzen aufweisen, welche mit dem oberen Ende des Ventilschafts des jeweiligen Einlaßventils 1a, 1b zusammenwirken.
An den oberen Enden der Ventilschäfte der Einlaßventile 1a, 1b sind Flansche 14, 15 angebracht. Normalerweise werden die Einlaßventile 1a, 1b durch Schraubendruckfedern 16, 17, welche unter Druck um die Ventilschäfte zwischen die Flansche 14, 15 und den Maschinenkörper angeordnet sind, dazu gebracht, die Einlaßkanäle zu schließen.
Ein untenliegendes zylindrisches Hubteil 19 ist derart angeordnet, daß es an eine untere Außenfläche des ersten Nockenfolgers 7 anstößt. Normalerweise wird das Hubteil 19 durch eine Druckfeder 20 von verhältnismäßig schwacher Rückstellkraft, die zwischen dem Hubteil 19 und dem Maschinenkörper eingesetzt ist, um das Nockengleitstück 7a des ersten Nockenfolgers 7 gleitend gegen den Nocken 5 federvorzuspannen, aufwärts gedrückt.
Wie in Fig. 8 veranschaulicht, haben der erste und zweite Nockenfolger 7, 8 einander gegenüberliegende Seitenwände, die in gleitendem Kontakt miteinander gehalten werden. Eine erste Wählkupplung 21 ist betriebsmäßig in und zwischen dem ersten und zweiten Nockenfolger 7, 8 angeordnet, um die Nockenfolger 7, 8 selektiv für Relativverschiebung voneinander zu trennen und ebenso um die Nockenfolger 7, 8 für deren Bewegung im Gleichtakt miteinander zu verbinden. Desgleichen weisen der erste und dritte Nockenfolger 7, 9 einander gegenüberliegende Seitenwände auf, die in gleitendem Kontakt miteinander gehalten werden. Eine zweite Wählkupplung 22 ist betriebsmäßig in und zwischen dem ersten und dritten Nockenfolger 7, 9 angeordnet, um selektiv die Nockenfolger 7, 9 für Relativverschiebung voneinander zu trennen und ebenso um die Nockenfolger 7, 9 für deren Bewegung im Gleichtakt miteinander zu verbinden.
Die erste und zweite Wählkupplung 21, 22 sind von identischem Aufbau, weswegen im folgenden nur die erste Wählkupplung 21 im Detail beschrieben wird.
Die erste Wählkupplung 21 umfaßt einen Kolben 23, der zwischen einer Position, in der er den ersten und zweiten Nockenfolger 7, 8 miteinander verbindet, und einer Position, in der er den ersten und zweiten Nockenfolger 7, 8 voneinander trennt, beweglich ist, einen kreisförmigen Anschlag 24 zur Begrenzung der Bewegung des Kolbens 23, und eine Schraubenfeder 25, um den Anschlag 24 dazu zu bringen, den Kolben 23 in Richtung der Position zu bewegen, in der der erste und zweite Nockenfolger 7, 8 voneinander getrennt sind.
Der erste Nockenfolger 7 weist ein erstes Führungsloch 26 auf, das in Richtung des zweiten Nockenfolgers 8 geöffnet ist und sich parallel zur Kipphebelwelle 6 erstreckt. Der erste Nockenfolger 7 weist in der Nähe des geschlossenen Endes des ersten Führungslochs 26 auch ein Loch mit kleinerem Durchmesser 28 auf, wobei eine Stufe oder Schulter 27 zwischen dem Loch mit kleinerem Durchmesser 28 und dem ersten Führungsloch 26 begrenzt wird. Der Kolben 23 ist gleitend in das erste Führungsloch 26 eingepaßt. Der Kolben 23 und das geschlossene Ende des Lochs mit kleinerem Durchmesser 28 begrenzen zwischen sich eine Hydraulikdruckkammer 29.
Der erste Nockenfolger 7 weist einen Hydraulikdurchgang 30 auf, der darin in Verbindung mit der Hydraulikdruckkammer 29 definiert ist. Die Kipphebelwelle 6 weist einen Hydraulikdurchgang 31 auf, der darin axial definiert ist und mit einer (nicht gezeigten) Hydraulikdruckquelle über einen geeigneten Hydraulikdruck-Steuermechanismus gekoppelt ist.
Die Hydraulikdurchgänge 30, 31 werden über ein Loch 32, das in einer Seitenwand der Kipphebelwelle 6 definiert ist, miteinander in Verbindung gehalten, unabhängig davon, wie der erste Nockenfolger 7 um die Kipphebelwelle 6 winkelig bewegt wird.
Der zweite Nockenfolger 8 weist ein zweites Führungsloch 35 auf, das sich paßgenau zu dem ersten Führungsloch 26 im ersten Nockenfolger 7 in Richtung des ersten Nockenfolgers 7 öffnet. Der kreisförmige Anschlag 24 ist gleitend in das zweite Führungsloch 35 eingepaßt. Der zweite Nockenfolger 8 weist nahe des geschlossenen Endes des zweiten Führungslochs 35 auch ein Loch mit kleinerem Durchmesser 37 auf, wobei eine Stufe oder Schulter 36 zwischen dem zweiten Führungsloch 35 und dem Loch mit kleinerem Durchmesser 37 zur Begrenzung der Bewegung des kreisförmigen Anschlags 24 begrenzt wird. Ebenso weist der zweite Nockenfolger 8 ein koaxial mit dem Loch mit kleinerem Durchmesser 37 definiertes durchgehendes Loch 38 auf. Eine einteilig und koaxial mit dem kreisförmigen Anschlag 24 verbundene Führungsstange 39 erstreckt sich durch das Loch 38. Zwischen dem Anschlag 24 und dem geschlossenen Ende des Lochs mit kleinerem Durchmesser 37 ist die Schraubenfeder 25 um die Führungsstange 39 angeordnet.
Der Kolbens 23 weist eine axiale Länge auf, die derart gewählt ist, daß wenn ein Ende des Kolbens 23 an der Stufe 27 anstößt, dessen anderes Ende genau zwischen und damit fluchtend mit den gleitenden Seitenwänden des ersten und zweiten Nockenfolgers 7, 8 liegt, und wenn der Kolben 23 in das zweite Führungsloch 35 eingeführt wird, bis er den Anschlag 24 so verschiebt ist, daß dieser an der Stufe 36 anstößt, das eine Ende des Kolbens 23 im ersten Führungsloch 26 bleibt und damit sich der Kolben 23 zwischen dem ersten und zweiten Nockenfolger 7, 8 erstreckt. Der Hydraulikdurchgang 31 wird von der ersten und zweiten Wählkupplung 21, 22 gemeinsam benutzt, die damit gleichzeitig unter Fluiddruck, der über den Hydraulikdurchgang 31 zugeführt wird, betätigt werden.
Der Betrieb des Ventilantriebsmechanismus wird mit Bezugnahme auf die Fig. 8 und 9 beschrieben. Wenn die Maschine in einem Niedergeschwindigkeitsbereich zu betreiben ist, werden die erste und zweite Wählkupplung 21, 22 betätigt, um den ersten bis dritten Nockenfolger 7, 8, 9 voneinander zu trennen, wie in Fig. 8 veranschaulicht. Genauer, wird der Hydraulikdruck durch den Hydraulikdruck-Steuermechanismus aus der Hydraulikdruckkammer 29 abgelassen, so daß sich der Anschlag 24 unter der Rückstellkraft der Feder 25 in Richtung des ersten Nockenfolgers 7 bewegen kann, bis der Kolben 23 an der Stufe 27 anstößt. Wenn der Kolben 23 mit der Stufe 27 in Eingriff steht, liegen die sich gegenseitig berührenden Enden des Kolbens 23 und des Anschlags 24 der ersten Wählkupplung 21 fluchtend mit den gleitenden Seitenwänden des ersten und zweiten Nockenfolgers 7, 8. Desgleichen liegen die sich gegenseitig berührenden Enden des Kolbens 23 und des Anschlags 24 der zweiten Wählkupplung 22 fluchtend mit den gleitenden Seitenwänden des ersten und dritten Nockenfolgers 7, 9. Auf diese Weise sind der erste, zweite und dritte Nockenfolger 7, 8, 9 für relative Winkelbewegung in gegenseitigem gleitenden Kontakt gehalten.
Mit dem derart getrennten ersten bis dritten Nockenfolger 7, 8, 9, werden der zweite und dritte Nockenfolger 8, 9, welche die erhabenen Abschnitten 3 gleitend berühren, nicht winkelig bewegt, wobei sie die Einlaßventile 1a, 1b geschlossen halten. Der zweite und dritte Nockenfolger 8, 9 werden durch die Winkelbewegung des ersten Nockenfolgers 7, der in gleitendem Kontakt mit dem Nocken 5 steht, nicht beeinflußt. Die Reibungsverluste des Ventilantriebsmechanismus sind vergleichsweise gering, weil der erste Nockenfolger 7 unter der vergleichsweise kleinen Federkraft der Feder 20 in gleitendem Kontakt mit dem Nocken 5 gehalten wird.
Daher wird der Kraftstoffverbrauch während des Niedergeschwindigkeitsbetriebs der Maschine insoweit reduziert, als die Einlaßventile 1a, 1b geschlossen oder antriebslos bleiben.
Wenn die Maschine bei einer hohen Geschwindigkeit zu betreiben ist, werden der erste bis dritte Nockenfolger 7, 8, 9 durch die erste und zweite Wählkupplung 21, 22 durch Zufuhr von Hydraulikdruck in die Hydraulikdruckkammern 29 der ersten und zweiten Wählkupplung 21, 22 miteinander verbunden, wie in Fig. 9 gezeigt. Genauer, werden die Kolben 23 durch den zugeführten Hydraulikdruck in die zweiten Führungslöcher 35 gezwungen, während sie die Anschläge 24 gegen die Federkraft der Federn 25 drücken, bis die Anschläge 24 gegen die Stufen 36 gedrückt werden. Der erste bis dritte Nockenfolger 7, 8, 9 sind durch die erste und zweite Wählkupplung 21, 22 miteinander verbunden, so daß sie veranlaßt werden, durch den Nocken 5 im Gleichtakt zu schwingen. Als Folge öffnen und schließen die Einlaßventile 1a, 1b abwechselnd den jeweiligen Einlaßkanal bei der Ventileinstellung und dem Ventilhub entsprechend dem Profil des Nockens 5.
Fig. 10 zeigt einen anderen Ventilantriebsmechanismus. Die Nockenwelle 2 weist einen Nocken 5 und ein Paar von angrenzenden ringförmigen erhabenen Abschnitten 3 auf, die auf einer Seite des Nockens 5 angeordnet sind. Der erste und dritte Nockenfolger 7, 9 sind mit den erhabenen Abschnitten 3 in gleitendem Kontakt gehalten und wirken mit den jeweiligen Einlaßventilen 1a, 1b zusammen. Der zweite Nockenfolger 8 ist in gleitendem Kontakt mit dem Nocken 5 gehalten. Die Einlaßventile 1a, 1b werden in unterschiedlichen Geschwindigkeitsbereichen durch den in den Fig. 8 und 9 gezeigten Mechanismus gesteuert. Im Niedergeschwindigkeitsbereich bleiben die Einlaßventile 1a, 1b geschlossen oder antriebslos, da der erste und dritte Nockenfolger 7, 9 nicht winkelig bewegt werden. Im Hochgeschwindigkeitsbereich werden die Einlaßventile 1a, 1b dazu veranlaßt, abwechselnd ihre Einlaßkanäle gemäß dem Nockenprofil des Nockens 5 zu öffnen und zu schließen.
Entsprechend einer in den Fig. 11 und 12 gezeigten ersten erfindungsgemäßen Ausführung weist die Nockenwelle 2 einen ringförmigen erhabenen Abschnitt 3, einen Niedergeschwindigkeitsnocken 4 und einen Hochgeschwindigkeitsnocken 5 auf, die einteilig auf der Nockenwelle 2 angeordnet sind, wobei der ringförmige erhabene Abschnitt 3 zwischen dem Nieder- und dem Hochgeschwindigkeitsnocken 4, 5 angeordnet ist. Der erhabene Abschnitt 3 weist ein Umfangsprofil in der Form eines Kreises auf, das den Grundkreisen 4b, 5b des Nieder- und Hochgeschwindigkeitsnocken 4, 5 entspricht. Der Niedergeschwindigkeitsnocken 4 weist einen Nockenbuckel 4a auf, der nach radial außen vom Grundkreis 4b hervorsteht, und der Hochgeschwindigkeitsnocken 5 weist einen Nockenbuckel 5a auf, der in einem größeren Ausmaß als der Nockenbuckel 4a vom Grundkreis 5b nach radial außen hervorsteht, wobei der Nockenbuckel 5a auch eine größere Winkelausdehnung als der Nockenbuckel 4a aufweist.
Der erste Nockenfolger 7 ist mit dem erhabenen Abschnitt 3 in gleitendem Kontakt gehalten, während der zweite und dritte Nockenfolger 8, 9 mit dem Nieder- beziehungsweise Hochgeschwindigkeitsnocken 4, 5 in gleitendem Kontakt gehalten sind. Der erste Nockenfolger 7 weist ein Paar von Armenden auf, die mit den oberen Enden der Ventilschäfte eines Paares von Einlaßventilen 1a, 1b zusammenwirken.
Der in Fig. 11 gezeigte erste bis dritte Nockenfolger 7, 8, 9 werden durch einen wie in Fig. 13 gezeigten Mechanismus angetrieben. Der Aufbau der Fig. 13 ist im wesentlichen ähnlich zu dem der Fig. 8 und 9, außer daß eine Stahlkugel 33 in den Hydraulikdurchgang 31 unter Kraft eingepaßt ist, um diesen in zwei unabhängige Durchgänge aufzutrennen, um die ersten und zweiten Wählkupplungen 21, 22 einzeln zu betätigen. Im Niedergeschwindigkeitsbereich ist der erste bis zweite Nockenfolger 7, 8, 9 ,wie in Fig. 8 gezeigt, voneinander getrennt, und damit bleiben die Einlaßventile 1a, 1b geschlossen, da der erste Nockenfolger 7 nicht zum Schwenken veranlaßt wird. Im mittleren Geschwindigkeitsbereich sind der erste und zweite Nockenfolger 7, 8 miteinander verbunden, während der erste und dritte Nockenfolger voneinander getrennt sind, wie in Fig. 13 gezeigt. Folglich werden die Einlaßventile 1a, 1b durch den Niedergeschwindigkeitsnocken 4 angetrieben. Im Hochgeschwindigkeitsbereich sind der erste bis dritte Nockenfolger 7, 8, 9, wie in Fig. 9 gezeigt, miteinander verbunden, um die Einlaßventile 1a, 1b zu ermöglichen, durch den Hochgeschwindigkeitsnocken 5 angetrieben zu werden.
Fig. 14 zeigt einen Ventilantriebsmechanismus, der einer zweiten erfindungsgemäßen Ausführung entspricht. In Fig. 14 ist der Niedergeschwindigkeitsnocken 4 zwischen dem Hochgeschwindigkeitsnocken 5 und dem ringförmigen erhabenen Abschnitt 3 angeordnet. Der erste und zweite Nockenfolger 7, 8 sind in gleitendem Kontakt mit dem Nieder- und Hochgeschwindigkeitsnocken 4, 5 gehalten, und der dritte Nockenfolger 9, der mit den Einlaßventilen 1a, 1b zusammenwirkt, ist mit dem erhabenen Abschnitt 3 in gleitendem Kontakt gehalten. Der in Fig. 15 gezeigte Mechanismus, der den Fig. 8 und 9 ähnlich und identisch zu dem aus Fig. 13 ist, wird zur Steuerung der Einlaßventile 1a, 1b eingesetzt. Im Niedergeschwindigkeitsbereich sind der erste bis zweite Nockenfolger 7, 8, 9 voneinander, wie in Fig. 8 gezeigt, getrennt, und damit bleiben die Einlaßventile 1a, 1b geschlossen. Im mittleren Geschwindigkeitsbereich sind der erste und dritte Nockenfolger 7, 9 miteinander verbunden, während der erste und zweite Nockenfolger 7, 8, wie in Fig. 15 gezeigt, voneinander getrennt sind. Folglich werden die Einlaßventile 1a, 1b durch den Niedergeschwindigkeitsnocken 4 angetrieben. Im Hochgeschwindigkeitsbereich sind der erste bis dritte Nockenfolger 7, 8, 9 wie in Fig. 9 gezeigt miteinander verbunden, um die Einlaßventile 1a, 1b entsprechend dem Nockenprofil des Hochgeschwindigkeitsnockens 5 zu anzutreiben.
Während gezeigt wurde, wie die Einlaßventile 1a, 1b durch jeden der Ventilantriebsmechanismen angetrieben werden, können auch Auslaßventile durch den erfindungsgemäßen Ventilantriebsmechanismus angetrieben werden. In einem derartigen Fall können im Niedergeschwindigkeitsbetrieb der Maschine durch Abgasturbulenzen bedingte, unverbrannte Anteile reduziert werden, während im Hochgeschwindigkeitsbetrieb der Maschine hohe Maschinenausgangsleistung und hohes Drehmoment durch Verringern des Strömungswiderstandes eines Abgases aus der Verbrennungskammer erzeugt werden können.

Claims

1. Ventilantriebsmechanismus, der im Betrieb eine Mehrzahl von Ventilen (1a, 1b) eines bestimmten Zylinders einer Mehrzylinder-Brennkraftmaschine antreibt, umfassend:

eine Nockenwelle (2), die eine ringförmige erhabene Abschnittseinrichtung (3) trägt, um mindestens eines der Ventile in einem geschlossenen Zustand zu halten, und eine Nockeneinrichtung (4, 5) trägt, welche ein Nockenprofil zum aufeinanderfolgenden Öffnen und Schließen der Ventile aufweist;

eine erste Nockenfolgereinrichtung (7 (Fig. 11-13); 9 (Fig. 14-15)), die mit der ringförmigen erhabenen Abschnittseinrichtung (3) gleitend zusammenwirkt und betrieblich das mindestens eine Ventil mit der ringförmigen erhabenen Abschnittseinrichtung (3) verbindet;

eine zweite Nockenfolgereinrichtung (8, 9 (Fig. 11-13); 7, 8 (Fig. 14-15)), die mit der Nockeneinrichtung (4, 5) gleitend zusammenwirkt; und

eine Kupplungseinrichtung (21, 22), um bei einem vorherbestimmten Betriebszustand der Maschine die erste und zweite Nockenfolgereinrichtung selektiv miteinander zu verbinden und zu trennen, wobei die ringförmige erhabene Abschnittseinrichtung wirksam ist, das mindestens eine Ventil während eines Geschwindigkeitsbereichs des Maschinenbetriebs, wenn die erste und zweite Nockenfolgereinrichtung getrennt sind, geschlossen zu halten, und die Nockeneinrichtung wirksam ist, die Ventile während eines anderen Geschwindigkeitsbereichs des Maschinenbetriebs, wenn die erste und zweite Nockenfolgereinrichtung miteinander verbunden sind, anzutreiben; dadurch gekennzeichnet, daß

die Nockeneinrichtung einen Niedergeschwindigkeitsnocken (4) und einen Hochgeschwindigkeitsnocken (5) umfaßt und die zweite Nockenfolgereinrichtung Nockenfolger (8, 9 (Fig. 11- 13); 7, 8) (Fig. 14-15)) umfaßt, welche mit dem Niederbeziehungsweise dem Hochgeschwindigkeitsnocken (4, 5) gleitend zusammenwirken, daß alle Ventile (1a, 1b) durch die erste Nockenfolgereinrichtung betrieblich mit der ringförmigen erhabenen Abschnittseinrichtung (3) verbunden sind, wobei die ringförmige erhabene Abschnittseinrichtung wirksam ist, alle Ventile während des genannten einen Geschwindigkeitsbereichs des Maschinenbetriebs geschlossen zu halten, wobei die Kupplungseinrichtung (21, 22) selektiv derart angeordnet ist, das sie die erste Nockenfolgereinrichtung (7 (Fig. 11-13); 9 (Fig. 14-15)) und den Nockenfolger (8 (Fig. 11-13); 7 (Fig. 14-15)), der mit dem Niedergeschwindigkeitsnocken (4) gleitend zusammenwirkt, miteinander verbindet, um alle Ventile (1a, 1b) in einem Niedergeschwindigkeitsbereich gemäß dem Profil des Niedergeschwindigkeitsnockens (4) anzutreiben, und wobei die Kupplungseinrichtung (21, 22) selektiv derart angeordnet ist, daß sie die erste Nockenfolgereinrichtung (7 (Fig. 11- 13); 9 (Fig. 14-15)) und den Nockenfolger (9 (Fig. 11-13); 8 (Fig. 14-15)), der mit dem Hochgeschwindigkeitsnocken (5) gleitend zusammenwirkt, miteinander verbindet, um alle Ventile (1a, 1b) in einem Hochgeschwindigkeitsbereich gemäß dem Profil des Hochgeschwindigkeitsnockens (5) anzutreiben.

2. Ventilantriebsmechanismus nach Anspruch 1, in dem der ringförmige erhabene Abschnitt (3) zwischen dem Nieder- und dem Hochgeschwindigkeitsnocken (4, 5) angeordnet ist (Fig. 11- 13).

3. Ventilantriebsmechanismus nach Anspruch 1, in dem der Niedergeschwindigkeitsnocken (4) zwischen dem ringförmigen erhabenen Abschnitt (3) und dem Hochgeschwindigkeitsnocken (5) angeordnet ist (Fig. 14-15).