DE4201473A1 - Steuervorrichtung fuer ladungswechselventile einer brennkraftmaschine mit zumindest einem desaktivierbaren nocken auf einer nockenwelle - Google Patents
Steuervorrichtung fuer ladungswechselventile einer brennkraftmaschine mit zumindest einem desaktivierbaren nocken auf einer nockenwelleInfo
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Description
Die Erfindung betrifft eine Steuervorrichtung gemäß dem Oberbegriff des Patent
anspruchs 1, wie sie aus der DE-OS 39 20 938, F01L 1/04, bekannt ist.
Eine Vorrichtung dieses Aufbaus dient entweder zur Abschaltung einzelner
Zylinder der Maschine durch Nichtbetätigen der Ventile dieser Zylinder oder
bei mit mehreren Einlaßventilen ausgerüsteten Zylindern dazu, bei niedrigen
Maschinendrehzahlen und im Teillastgebiet einzelne Einlaßkanäle durch Nicht
betätigen, daß heißt Nichtöffnen, der zugeordneten Einlaßventile zu sperren.
Ein besonderer Vorteil der aus der genannten Offenlegungsschrift bekannten
Vorrichtung ist daran zu sehen, daß sie den Zeitpunkt der Desaktivierung
des betreffenden Ventils genau zu wählen gestattet. Dies ist verständlicher
weise deshalb von Bedeutung, weil durch den Vorgang der Desaktivierung des
Nockens der Arbeitszyklus des zugehörigen Zylinders der Maschine nicht gestört
werden darf und deshalb die Desaktivierung dann erfolgen muß, wenn das be
treffende Ventil seine Schließstellung zumindest annähernd erreicht hat.
Die bekannte Vorrichtung stellt dies auf hydraulischen Wege mit einer sehr
einfachen Konstruktion dadurch sicher, daß sie das von der Schließfeder des
jeweiligen Ventils auf den Nocken ausgeübte Drehmoment in einer bestimmten
Phase des Ventilarbeitsspiels, nämlich gegen Ende seiner Schließbewegung,
dazu ausnutzt, eine Kraft zum Ausrücken der Klauenkupplung zu erzeugen und
damit die Desaktivierung des betreffenden Nockens einschließlich des Ventils
vorzubereiten.
Da demgemäß vom Ventil selber ausgeübte, seine jeweilige Arbeitsphase an
zeigende Kräfte bzw. Momente letztliche die Desaktivierung des zugehörigen
Nockens bewirken, sind Schwierigkeiten hinsichtlich der Synchronisierung
der Öffnungsbewegung der betreffenden Klauenkupplung mit dem Arbeitszyklus
des zugehörigen desaktivierbaren Ventils vermieden.
Insbesondere bei hohen Drehzahlen der Maschinen muß zur Aktivierung des
betreffenden Nockens und des durch ihn betätigten Ventils die Klauenkupplung
sehr schnell einrücken. Der Erfindung liegt die Aufgabe zugrunde, die eingangs
beschriebene Vorrichtung unter Wahrung ihrer Vorteile hinsichtlich des schnellen
Einrückens der Klauenkupplung zu verbessern.
Die erfindungsgemäße Lösung dieser Aufgabe besteht in den kennzeichnenden
Merkmalen des Hauptanspruchs, eine vorteilhafte Ausbildung der Erfindung
beschreibt der Unteranspruch.
Die Erfindung geht von der Tatsache aus, daß auch nach Vorliegen desjenigen
Drucks im Druckraum, der die zum Einrücken der Klauenkupplung an sich er
forderliche Axialkraft erzeugt, eine Bewegung der Schiebemuffe im Sinne
des Einrückens der Klauenkupplung erst dann erfolgen kann, wenn die Klauen
der Klauenkupplung eine vorgegebene Winkelstellung relativ zueinander be
sitzen. Das bedeutet, daß der relativ hohe Druck im Druckraum die Schiebe
muffe nur so weit auf der Nockenwelle verschieben kann, bis die Stirnflächen
der Klauen aufeinander gleiten, die Klauen also noch nicht in gegenseitigen
Eingriff gekommen sind. Die Erfindung sieht nun eine Speicherung des während
dieser Phase hohen Drucks des hydraulischen Mediums im Druckraum vor, bis
es zum Einfallen der Klauen und damit zum Einrücken der Kupplung kommt;
sobald die relative Winkellagen der Klauen das Einrücken zulassen, erfolgt
eine Entspannung des gespeicherten hohen Drucks durch Volumenvergrößerung
infolge Verschiebung der Schiebemuffe im Sinne des Einrückens der Kupplung.
Man kann die Erfindung auch so definieren, daß der Druckspeicher den kon
tinuierlichen Zufluß des für den Einrückvorgang erforderlichen Druckmedium
volumens bereits in der beschriebenen Phase vor dem Einrücken der Kupplung
ermöglicht, so daß im Augenblick des Einrückens, also der Axialbewegung
der Schiebemuffe, das für die damit verbundene Vergrößerung des Volumens
des Druckraums erforderliche Druckmediumvolumen bereits "vor Ort" vorhanden
ist.
Ein Ausführungsbeispiel der Erfindung wird im folgenden anhand der Zeichnung
erläutert, die einen Längsschnitt wiedergibt.
Die eigentliche Nockenwelle ist mit 1 bezeichnet. Sie trägt sowohl mehrere
dauernd drehfest mit ihr verbundene Nocken 2, 3 und 4 als auch mehrere des
aktivierbare Nocken 5, 6 und 7, das heißt Nocken, die nur zeitweise drehfest
mit der eigentlichen Nockenwelle 1 verbunden sind. Diese desaktivierbaren
Nocken 5, 6 und 7 sind in diesem Ausführungsbeispiel nicht nur drehbar,
sondern auch axial verschieblich auf Hülsen 8, 9 und 10 gelagert, die gleich
sam Abstandshülsen bilden und drehfest mit der eigentlichen Nockenwelle
1 verbunden sind. Ferner erstrecken sich zwischen diesen Abstandhülsen 8,
9 und 10 weitere, axial unverschieblich und drehfest mit der eigentlichen
Nockenwelle 1 verbundene hülsenartige Teile 11, 12 und 13, die sowohl Stütz
lager für die Nockenwelle sind als auch nockenwellenfeste Bestandteile von
Klauenkupplungen 14, 15 und 16 zur zeitweiligen drehfesten Arretierung der
desaktivierbaren Nocken 5, 6 und 7 bilden. Zu diesem Zweck trägt jedes dieser
Teile 11, 12 und 13 auf seiner in Fig. 1 rechten Stirnseite zumindest eine
klauenartige Erhebung 17, 18 bzw. 19, die bei Herstellung einer drehfesten
Verbindung zwischen dem jeweiligen Nocken 5, 6 und 7 und der Nockenwelle
1 von einer am Nocken vorgesehenen Nut 20, 21 bzw. 22 Kräfte in Umfangs
richtung übertragend aufgenommen ist. Das bedeutet, daß auch jeder der Nocken
5, 6 und 7 über den verbleibenden Winkelbereich seiner in Fig. 1 linken
Stirnseite mit einem als Klaue zu bezeichnenden Vorsprung 23, 24 bzw. 25
versehen ist.
In der Nockenwelle 1 erkennt man den axial verlaufenden, am rechten Nocken
wellenende verschlossenen Druckölkanal 26, der von der linken Stirnseite
der Nockenwelle 1 her über eine nicht dargestellte Einrichtung gespeist
wird, die in Abhängigkeit von der Drehzahl bzw. Last der Brennkraftmaschine
den Druck in dem Kanal 26 und den damit verbundenen, noch zu beschreibenden
Druckräumen verringert, sobald einzelne Nocken zwecks Abschaltung von Ventilen
desaktiviert werden sollen.
Diese ringförmigen Druckräume 27, 28 und 29, die individuell einzelnen der
Nocken 5, 6 und 7 zugeordnet sind, liegen auf der der jeweiligen Klauen
kupplung 14, 15 bzw. 16 abgekehrten Seite des jeweiligen Nockens und werden
von zwei Seiten begrenzt durch nockenindividuelle Schiebemuffen 30, 31 und
32, die verschiebbar auf der Nockenwelle angeordnet sind. In Richtung nach
rechts abgeschlossen werden die einzelnen Druckräume 27, 28 und 29 durch
auf der eigentlichen Nockenwelle 1 gegen die Kraft von Federn 41, 42 und
43 verschiebbar angeordnete hülsenartige Teile 33, 34, und 35, so daß eine
Vergrößerung des Drucks im zentralen Kanal 26 über die Querkanäle 36, 37
und 38 eine Vergrößerung des Drucks in den Druckräumen 27, 28 und 29 und
damit bei einer vorgegebenen relativen Drehlage der Klauen der betreffenden
Klauenkupplung über eine Axialverschiebung der Schiebemuffen 30, 31 und
32 auch eine Verschiebung der Nocken 5, 6 und 7 in Fig. 1 nach links zur
Folge hat. Dadurch kommen die Elemente der Klauenkupplungen 14, 15 und 16
in Eingriff, so daß die Nocken 5, 6 und 7 drehfest mit der eigentlichen
Nockenwelle 1 gekuppelt und die zugehörigen Ventile betätigt werden. Da
die Verhältnisse im Bereich aller Nocken 5, 6 und 7 die gleichen sind, ist
nur das durch den Nocken 5 zu betätigende Ventil 39 mit seiner Schließfeder
40 angedeutet.
Auf dieser Weise wird bei entsprechenden Betriebsbedingungen der Brennkraft
maschine, also beispielsweise bei hoher Last oder hoher Drehzahl, die volle
Zylinderzahl (bei Maschinen mit abschaltbaren Zylindern) bzw. der volle
Einlaßströmungsquerschnitt (bei Maschinen mit mehreren Einlaßventilen je
Zylinder) wirksam gemacht.
Sollen dagegen einzelne Ventile desaktiviert werden, müssen die zugehörigen
Nocken 5, 6 und 7 in Fig. 1 wieder nach rechts in ihre dargestellte Lage
verschoben werden, in der die Klauenkupplungen 14, 15 und 16 ausgerückt
sind. Zu diesem Zweck wird über die erwähnte, an den zentralen Druckölkanal
26 angeschlossene Steuereinrichtung der Druck abgebaut, so daß beim Auftreten
einer in Richtung nach rechts gerichteten Kraft die Nocken 5, 6 und 7 nebst
den zugeordneten Schiebemuffen 30, 31 und 32 sich nach rechts bewegen können.
Diese Axialkräfte werden nun individuell für die einzelnen Nocken 5, 6 und
7 dadurch aus dem von der jeweiligen Ventilschließfeder 40 während der
Schließbewegung des entsprechenden Ventils 39 auf den jeweiligen Nocken,
hier also den Nocken 5, ausgeübten Moment abgeleitet, daß bestimmte Klauen
flanken der Klauenkupplung 14, 15 und 16 derart geneigt sind, daß die Klauen
in Richtung vom Klauengrund zum Klauenscheitel schmaler werden.
Wie im einzelnen in der genannten DE-OS 39 20 938 insbesondere im Zusammen
hang mit Fig. 2 ausgeführten, wird durch Neigung einer Klauenflanke unter
einem Winkel, der größer als der Reibungswinkel an dieser Stelle ist, sicher
gestellt, daß aus dem von der Ventilschließfeder ausgeübten Drehmoment eine
Axialkraft abgeleitet wird, die im Sinne eines Ausrückens der Klauenkupplung
wirkt. Erst die Umkehr des von der Schließfeder auf den zugehörigen Nocken
ausgeübten Drehmoments zu Beginn der Schließphase des Hubventils leitet
über diese Flankenneigung die Gewinnung einer im Sinne des Ausrückens der
Klauenkupplung wirkenden Axialkraft ein, die aber verständlicherweise nur
dann zum Ausrücken der Kupplung und demgemäß zum Desaktivieren des betrachteten
Nockens führt, wenn der Druck im Druckraum abgesenkt ist. Weitere Einzelheiten
sind der zitierten DE-OS 39 20 938 zu entnehmen.
Wie eingangs ausgeführt, dürfen die Klauen der Klauenkupplungen, also beispiels
weise die Klauen 17 und 23 der Klauenkupplung 14, erst bei einer vorgegebenen
Ausrichtung in Umfangsrichtung zum Einrücken der Kupplung 14 einrasten.
Dies soll aber sehr schnell geschehen. Zur Beschleunigung dieses Einrast
vorgangs dienen den Druckräumen 27, 28 und 29 zugeordnete federnde Druck
speicher, zu deren Ausbildung ein Teil des Gehäuses der Druckräume, nämlich
die Begrenzungswände 33, 34 und 35, in Verbindung mit den sich an den dreh
festen Nocken 3 und 4 bzw. einem Antriebszahnrad abstützenden Druckfedern
41, 42 und 43 dienen.
Wird der Druck des Druckmediums zum Zwecke der Erzielung einer Einrückkraft
für zumindest eine der Klauenkupplungen 14, 15 und 16 in den Druckräumen
27, 28 und 29 erhöht, so bewirkt dies vor dem Einrücken der betreffenden
Kupplung eine Verschiebung der Begrenzungswände 33, 34, 35 entgegen der
Wirkung der Federn 41, 42 und 43 in der Figur nach rechts, daß heißt im
Sinne einer Vergrößerung der Druckräume 27, 28, und 29. Die Druckerhöhung
wird also in unmittelbarer Nähe der Kupplungen 14, 15 und 16 gespeichert.
Sobald beispielsweise die Klauen 17 und 23 diejenigen relativen Drehlagen
eingenommen haben, bei denen ihr Einrasten und damit das Schließen der Kupplung
14 erfolgt, bewegt sich in dem angenommenen Beispiel die Schiebemuffe 30
in der Figur nach links; dieser Verschiebebewegung folgt die Begrenzungswand
33 unter der Wirkung der in der Druckfeder 41 gespeicherten Energie. Hierdurch
wird eine Beschleunigung des Einrückvorgangs der Kupplung 14 erzielt.
Wie sich gezeigt hat, führen die erfindungsgemäßen Maßnahmen auch dann zu
schnellen axialen Verschiebungen der desaktivierbaren Nocken, wenn, wie
dargestellt, nur ein einziger gemeinsamer Druckölkanal 26 vorhanden ist.
Mit der Erfindung ist demgemäß eine gattungsgemäße Steuervorrichtung ge
schaffen, die mit einfachen, zuverlässigen Mitteln eine zeit- bzw. winkelgenaue
Aktivierung von Nocken auf einer Nockenwelle gestattet.
Claims (2)
1. Steuervorrichtung für mit Schließfedern ausgerüstete Ladungswechselven
tile einer Brennkraftmaschine mit einer Nockenwelle, die zumindest einen
auf ihr drehbar gelagerten desaktivierbaren Nocken trägt, dem eine eine
Schiebemuffe auf der Nockenwelle enthaltende Kupplung nach Art einer
Klauenkupplung zur Herstellung einer drehfesten Verbindung mit der Nocken
welle in einer durch Aufbringung einer Axialkraft erzielten ersten Axial
lage der Schiebemuffe und zur Aufhebung dieser Verbindung in einer nach
Abschalten der Axialkraft eingenommenen zweiten Axiallage der Schiebe
muffe zugeordnet ist, wobei der Nocken sowie ein drehfest auf der Nocken
welle angeordneter Kupplungsbestandteil nur bei in ihrer ersten Axiallage
befindlicher Schiebemuffe einander in Umfangsrichtung hintergreifende
Klauen mit Klauenflanken besitzen, von denen zumindest einzelne im Sinne
einer Klauenverschmälerung vom Klauengrund zum Klauenscheitel geneigt
unter einem Neigungswinkel verlaufen, der größer als der Reibungswinkel
ist, und das während der Ventilschließbewegung auf den Nocken von der
Ventilschließfeder ausgeübte Moment in eine axiale Gegenkraft zum Ausrücken
der Klauenkupplung umsetzen, und wobei zur Erzeugung der Axialkraft die
Schiebemuffe einen ringförmigen Druckraum umgreift, der über Druckmittel
kanäle in der Nockenwelle mit einem Druckmedium beaufschlagbar ist, dadurch
gekennzeichnet, daß dem Druckraum (27, 28, 29) ein federbelasteter Druck
speicher zugeordnet ist.
2. Vorrichtung nach Anspruch 1, dadurch gekennzeichnet, daß der Druckspeicher
eine der Klauenkupplung (14, 15, 16) abgekehrte Begrenzungswand (33,
34, 35) des Druckraums (27, 28, 29) enthält, die auf der Nockenwelle
(1) relativ zu der Schiebemuffe (30, 31, 32) durch den die Axialkraft
erzeugenden Druck im Druckraum (27, 28, 29) vor dem Einrücken der Klauen
kupplung (14, 15, 16) gegen Federkraft (41, 42, 43) im Sinne einer Ver
größerung des Druckraums (27, 28, 29) verschiebbar ist.
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