DE4221134C1 - - Google Patents

Description

Die Erfindung bezieht sich auf eine Vorrichtung zur Ventilbe­ tätigung in einer Brennkraftmaschine gemäß den im Oberbegriff des Patentanspruchs 1 angegebenen Merkmalen.

Eine derartige Vorrichtung ist aus der DE 34 45 951 C2 bekannt. Bei dieser bekannten Vorrichtung wird eine Verstellung des Koppelelements zu einem unerwünschten Zeitpunkt durch einen zusätzlichen mechanischen Steuerhebel, der in das Koppelelement eingreift, verhindert. Diese Ausführung ist teuer, verschleiß­ anfällig, schwer und benötigt zusätzlichen Bauraum.

Der Erfindung liegt die Aufgabe zugrunde, eine Vorrichtung der eingangs genannten Art zu schaffen, die eine Koppelung von Be­ tätigungshebel und Koppelhebel zu einem unerwünschten Zeitpunkt oder Zeitraum verhindert, ohne daß erheblicher Aufwand oder zusätzliches Gewicht und Bauraum entsteht.

Diese Aufgabe ist bei einer gattungsgemäßen Vorrichtung durch die kennzeichnenden Merkmale des Patentanspruchs 1 gelöst.

Bei der erfindungsgemäßen Vorrichtung entstehen durch die in einem bestimmten Bereich vorgenommene Grundkreisabsenkung, die insbesondere Kreisform mit einem gegenüber dem Grundkreis ge­ ringfügig geringeren Halbmesser haben kann, weder zusätzliches Gewicht noch zusätzlicher Bauraum. Die Herstellung erfordert geringe Kosten, insbesondere da die Grundkreisabsenkung nicht besonders maßhaltig sein muß. Es entsteht bei den geringen zu­ sätzlichen Bewegungen ein geringer Verschleiß. Die Koppelung der beiden Hebel zu einem unerwünschten Zeitpunkt oder Zeitraum wird bei der erfindungsgemäßen Vorrichtung auf einfache Weise dadurch verhindert, daß die beiden Hebel im Gegensatz zu den Zeiträumen, zu denen sie aufeinander abgestimmt an den Grund­ kreisen entlanggleiten, zu den unerwünschten Zeiträumen ge­ ringfügig zueinander verschwenkt sind und daß so das an einem Hebel angebrachte Koppelelement nicht am anderen Hebel angrei­ fen kann. Unerwünschte Zeitpunkte und Zeiträume für die Koppe­ lung der beiden Hebel können sich dadurch ergeben, daß eine gleichzeitige Koppelung mehrerer Hebelpaare vermieden werden soll, daß eine bestimmte Reihenfolge in der Koppelung von He­ belpaaren eingehalten werden soll oder daß verhindert werden soll, daß der Koppelungsvorgang bei einer Belastung der Hebel erst zu einem geringen Teil durchgeführt ist, was zu Verschleiß und Beschädigungen an der Koppelvorrichtung oder, falls die Koppelung unter Belastung aufgehoben wird, an Hebel und Nocken führt.

Im Patentanspruch 2 ist eine einfach herzustellende Ausführung des Koppelelements angegeben, das hydraulisch oder rein mecha­ nisch betätigt werden kann. Der Bolzen kann dabei im Betäti­ gungshebel oder im Koppelhebel und entsprechend die Öffnung im anderen Hebel angeordnet sein. Auch ist es möglich, daß der Koppelungsvorgang durch eine Erhöhung oder Verringerung der auf den Bolzen einwirkenden Kraft ausgelöst wird.

Die Ausführung der Vorrichtung gemäß dem Patentanspruch 3 ver­ hindert sicher eine unvollständige Koppelung von Betätigungs- und Koppelhebel, die wegen des sich anschließenden Wirksamwer­ dens der Nockenerhebung mit seiner Kraftübertragung zwischen den beiden Hebeln nicht sicher beendet werden kann, während eine kurz vor dem Bereich des verkleinerten Grundkreis­ halbmessers eingeleitete Koppelung sicher abgeschlossen werden kann, da in diesem Bereich höchstens geringe Kräfte zwischen den beiden Hebeln übertragen werden.

Bei der Ausführung der Vorrichtung gemäß dem Patentanspruch 4 liegt der Koppelungsbeginn immer innerhalb eines bestimmten Zeitraumes, so daß bei denjenigen Nocken, bei denen der uner­ wünschte Zeitpunkt oder Zeitraum vollständig außerhalb des zu­ erst genannten Zeitraumes fällt, die Maßnahme der Verkleinerung des Grundkreishalbmessers eingespart werden kann. Im Patentan­ spruch 5 sind mit geringem Aufwand herzustellende und einfach zu bedienende Mittel zu der zeitlichen Festlegung des Koppe­ lungsbeginns angegeben.

Im Patentanspruch 6 ist ein günstiger Bereich für die Tiefe der Grundkreisverkleinerung angegeben, die einerseits eine Ankop­ pelung mit Sicherheit verhindert und andererseits eine zu starke Auslenkung des zugeordneten Hebels vermeidet.

Bei der Ausführung der Vorrichtung gemäß dem Patentanspruch 7 hat die Verkleinerung des Grundkreishalbmessers keinerlei Ein­ fluß auf die Stellung des zugeordneten Ventils oder auf die auf dieses einwirkenden Kräfte, da im entkoppelten Zustand keine Verbindung zwischen Koppelhebel und Ventil besteht und im ge­ koppelten Zustand die Lage der Hebel vom dem Betätigungshebel geordneten unveränderten Grundkreis bestimmt wird. Insbeson­ dere wird dann, wenn wie üblich ein hydraulisches Ventilspiel­ ausgleichselement dem Betätigungshebel zugeordnet ist, ein fehlerhaftes Aufpumpen dieses Elements vermieden.

Im folgenden wird die Erfindung anhand eines in der Zeichnung dargestellten Ausführungsbeispiels näher erläutert. Dabei zeigt:

Fig. 1 eine Mehrzylinder-Brennkraftmaschine mit Betätigungs­ hebeln und Koppelhebeln für den Ventilantrieb in Draufsicht,

Fig. 2 einen Zylinderkopf der Brennkraftmaschine im Quer­ schnitt,

Fig. 3 die Abwicklung eines Nocken mit einer Verkleinerung des Grundkreishalbmessers im Bereich vor der Nocken­ erhebung,

Fig. 4 eine schematische Darstellung mit einer Erfindungsan­ wendung an einer Vierzylinder-Brennkraftmaschine und

Fig. 5 eine Steuereinrichtung für die in Fig. 4 dargestellte Anwendung.

Im Zylinderkopf 1 einer nicht weiter dargestellten mehrzylindrigen Hubkolben-Brennkraftmaschine sind je Zylinder zwei Einlaßhubventile 2 und Auslaßhubventile 3 gelagert, die von einer zwischen ihnen angeordneten Nockenwelle 4 angetrieben werden. Zwischen der Nockenwelle 4 und jedem Auslaßventil 3 ist ein Kipphebel 5 mit einer Kipphebelachse 6 eingeschaltet. Jedem Einlaßventil 2 sind zwei Nocken 7, 8 auf der Nockenwelle 4 zu­ geordnet, wobei der eine Nocken 7 einen als Kipphebel ausge­ bildeten Betätigungshebel 9, der unmittelbar das Einlaßventil 2 antreibt, betätigt, während der andere Nocken 8 einen mit dem Betätigungshebel 9 koppelbaren Koppelhebel 10 betätigt. Der Betätigungshebel 9 und der Koppelhebel 10 sind auf einer ge­ meinsamen Hebelachse 11 drehbar gelagert. Ein Federteller 12 sichert die Anlage des Koppelhebels 10 am Nocken 8 auch im vom Betätigungshebel 9 entkoppelten Zustand.

Die Kopplung von Betätigungshebel 9 und Koppelhebel 10 erfolgt durch eine Koppelvorrichtung 13, die einen als Koppelelement wirkenden Bolzen 14 umfaßt. Dieser ist in einer zur Hebelachse 11 parallelen Bohrung 15 im Koppelhebel 10 längsverschiebbar geführt und wird von einer Feder 16 über eine Führungstasse 17 belastet, die in einer Bohrung 18 im Betätigungshebel 9 längs­ verschiebbar geführt ist, die bei Anlage der beiden Hebel 9 und 10 am jeweiligen Grundkreis 19, 20 der Nocken 7, 8 mit der Boh­ rung 15 fluchtet. Im entkoppelten Zustand drückt die Feder 16 den Bolzen 14 gegen einen Anschlag 21 auf seiner dem Betäti­ gungshebel 9 abgewandten Seite, so daß er mit der Berührungs­ ebene zwischen den beiden Hebeln 9 und 10 abschließt und nicht in die Bohrung 18 hineinragt. Zur Kopplung der beiden Hebel 9 und 10 wird in einem Druckraum 22 auf der dem Betätigungshebel 9 abgewandten Seite des Bolzens 14 ein Öldruck erzeugt, der diesen gegen die Kraft der Feder 16 teilweise in die Bohrung 18 des Betätigungshebels 9 schiebt und so die beiden Hebel 9 und 10 drehfest miteinander koppelt. Da die Nockenerhebung 23 des dem Koppelhebel 10 zugeordneten Nockens 8 größer ist als die Nockenerhebung 24 des dem Betätigungshebel 9 zugeordneten Nockens 7, wird die Ventilerhebungskurve des Einlaßventils 2 nunmehr durch den Nocken 8 bestimmt. Es ist selbstverständlich, daß, anders als im dargestellten Beispiel, der Bolzen 14 im Betätigungshebel 9 und die Feder 16 im Koppelhebel 10 angeord­ net sein können sowie daß die Kopplung durch Druckentlastung im Druckraum 22 und die Entkopplung durch Druckaufbau im Druckraum 22 durchgeführt werden können.

Der Druckauf- und -abbau im Druckraum 22 erfolgt über eine Längsbohrung 25 in der Hebelachse 11, die über eine Querbohrung 26 im Koppelhebel 10 mit dem Druckraum 22 verbunden ist. Wie in Fig. 5 näher dargestellt ist, wird die Längsbohrung 25 von ei­ ner Ölpumpe 27, die die übliche Schmierölpumpe der Brennkraft­ maschine sein kann, über eine Leitung 28 mit Öl versorgt. In dieser ist ein schnellschaltendes 3/2 Wege-Ventil 29 angeord­ net, das die Längsbohrung 25 entweder mit der Ölpumpe 27 oder einem Vorratsbehälter 30 verbindet. Das Ventil 29 kann so ge­ steuert werden, daß seine Umschaltung innerhalb eines be­ stimmten, relativ zur Nockenwellenlage immer gleichbleibenden Zeitraums erfolgt.

Erfolgt der Druckaufbau im Druckraum 22 eine kurze Zeitspanne vor dem Beginn der Betätigung der beiden Hebel 9, 10 durch die Nockenerhebungen 23, 24, so hat der Bolzen 14 dann erst einen Teil seiner Verschiebung in die Bohrung 18 zurückgelegt. Da nunmehr zwischen den beiden Hebeln 9, 10 erhebliche Kräfte übertragen werden, ist eine weitere Verschiebung des Bolzen 14 nicht möglich, so daß der Bolzen 14 und die Bohrung 18 mit großen Flächenpressungen belastet werden oder der Bolzen 14 aus der Bohrung 18 ausgeworfen wird. Beides ist mit erheblichem Verschleiß verbunden, wodurch die Funktion der Koppelvorrich­ tung beeinträchtigt werden kann.

Um eine derartige ungünstige Kopplung der beiden Hebel 9, 10 mit Sicherheit auszuschalten, ist im dem Koppelhebel 10 zugeord­ neten Nocken 8 in dem der Nockenerhebung 23 unmittelbar vor­ auseilenden Teil des Grundkreises 20 eine Absenkung 31 in Form einer nutförmigen Ausnehmung vorgesehen. Die Breite der Absen­ kung 31 muß mindestens gleich sein der Breite des auf dem Nocken 8 gleitenden oder rollenden (Rolle 32) Teils des Koppelhe­ bels 10. Die Tiefe der Absenkung 31 sollte mindestens so groß sein, daß, bei einem Eintauchen des Koppelhebels 10 in die Ab­ senkung 31, die beiden Hebel 9 und 10 soweit zueinander verschwenkt und damit die beiden Bohrungen 15 und 18 soweit zueinander versetzt sind, daß ein auch nur teilweises Ein­ schieben des Bolzens 14 in die Bohrung 18 auch bei einer Druckbeaufschlagung des Druckraumes 22 unmöglich ist. Da ein Ankoppeln auch während des Wirksamseins der beiden Nockenerhebungen 23, 24 wegen deren unterschiedlicher Größe ausgeschlossen ist, kann der Koppelvorgang erst bei Erreichen der beiden gleichgroßen Grundkreise 19, 20 beginnen und ohne Schwierigkeiten zu Ende geführt werden, da in diesem Bereich die beiden Bohrungen 15, 18 miteinander fluchten. Ein kurz vor Erreichen der Absenkung 31 begonnener Koppelvorgang kann ohne Schwierigkeiten beim Überlaufen der Absenkung 31 zu Ende ge­ führt werden, da in diesem Bereich keine größeren Kräfte zwi­ schen den beiden Hebeln 9, 10 übertragen werden.

Wie in Fig. 3 dargestellt, ist es besonders günstig, wenn sich die Absenkung 31 über etwa 90° Nockenwellenwinkel erstreckt, wobei eine genaue Einhaltung dieser Länge nicht von Bedeutung ist. Besonderen Wert ist auf einen guten, beschleunigungsarmen Übergang vom Grundkreis 20 zur Absenkung 31 und von der Absen­ kung 31 zur Nockenerhebung 23 zu legen. Dabei muß der letztere Übergang so kurz gehalten werden, daß ein Kopplungsbeginn ver­ hindert wird, aber andererseits muß auch ein guter Einlauf vom Grundkreis 19, der im gekoppelten Zustand wirksam ist, sicher­ gestellt sein.

In Fig. 4 sind für eine Vierzylinder-Brennkraftmaschine die Zeiträume 33 bis 36 für die Einlaßventilerhebung in den ein­ zelnen Zylindern dargestellt, die sich, bei vereinfachter An­ nahme, lückenlos aneinander anschließen. Um eine Grundkreisab­ senkung an jedem einem Koppelhebel zugeordneten Nocken zu ver­ meiden, ist der Zeitraum 37, in den der Beginn des Koppelungs­ vorgangs fällt, auf einen bestimmten Bereich der Nockenwellen­ lage begrenzt, wobei zwischen diesen eine feste Beziehung be­ steht, da der Ankopplungsvorgang nur bei einer bestimmten Ma­ schinendrehzahl von beispielsweise 3500 U/min erfolgt. Der Zeitraum 37 kann auf verhältnismäßig einfache Art durch eine entsprechende zeitliche Steuerung des Ventils 29 festgelegt werden. Wird der Zeitraum 37 bei einer Länge von etwa 40° Nockenwellenwinkel so gelegt, daß sein Beginn 90° Nockenwel­ lenwinkel oder etwas weniger vor der Nockenerhebung des 1. Zy­ linders liegt, so genügt es, am Nocken 10 für diesen 1. Zylin­ der eine Grundkreisabsenkung 31 in einem Bereich 38 vorzusehen, der mindestens 90° Nockenwellenwinkel vor der Nockenerhebung 23 beginnt. Eine Ankoppelung kann für diesen 1. Zylinder dann erst nach Beendigung der Ventilerhebung stattfinden. Für die Nocken 8 der anderen Zylinder ist keine Grundkreisabsenkung 31 not­ wendig, da der Zeitraum 37 für den 2. Zylinder in die Zeit 34 des Wirksamseins der Nockenerhebung 23 fällt, während für den 3. und 4. Zylinder genügend Zeit bleibt, um den Koppelvorgang bis zur Nockenerhebung abzuschließen.

Die Grundkreisabsenkung 31 kann grundsätzlich auch am dem Be­ tätigungshebel 9 zugeordneten Nocken 7 angeordnet sein, jedoch ist eine Anordnung am dem Koppelhebel 10 zugeordneten Nocken 8 vorteilhaft. Dies trifft besonders dann zu, wenn am oder im Betätigungshebel 9 ein hydraulisches Ventilspielausgleichsele­ ment 39 vorgesehen ist, das sich bei einer Absenkbewegung des Betätigungshebels 9 aufpumpen könnte, wodurch Verklemmungen im Ventilantrieb und unerwünschte Öffnungen des Einlaßventils 2 auftreten können.

Claims (7)

1. Vorrichtung zur Ventilbetätigung in einer Brennkraftma­ schine mit einem von einem ersten, eine Nockenerhebung und ei­ nen Grundkreis umfassenden Nocken einer Nockenwelle angetrie­ benen, ein Ventil antreibenden Betätigungshebel und einem von einem zweiten, eine Nockenerhebung und einen Grundkreis umfas­ senden Nocken der Nockenwelle angetriebenen Koppelhebel, die zueinander schwenkbar auf einer Hebelachse gelagert und mittels einer Koppelvorrichtung miteinander koppelbar sind, die ein an einem der Hebel angebrachtes und an dem anderen Hebel angrei­ fendes, durch eine Kraftänderung verstellbares Koppelelement umfaßt, mit einer Einrichtung zur Unterbindung der Verstellung des Koppelelements in einem durch die Nockenwellenlage vorbe­ stimmten Zeitpunkt oder Zeitraum auch bei einer Änderung der Krafteinwirkung auf das Koppelelement, dadurch gekennzeichnet, daß der Grundkreis (19 oder 20) von einem der beiden Nocken (7 oder 8) in dem Bereich (38), an dem zum vorbestimmten Zeitpunkt oder Zeitraum der diesem einen Nocken (7 oder 8) zugeordnete Betätigungs- oder Koppelhebel (9 oder 10) anliegt, eine Ab­ senkung (31) aufweist.

2. Vorrichtung nach Anspruch 1, dadurch gekennzeichnet, daß das Koppelelement aus einem vorbelasteten, in dem Betätigungs- oder Koppelhebel (9 oder 10) geführten Bolzen (14) besteht, der in eine Öffnung (Bohrung 15 oder 18) im jeweils anderen Hebel (10 oder 9) teilweise einführbar ist und daß die auf ihn einwirkende Kraftänderung durch eine Druckänderung in einem Flüssigkeitsdruckraum (22) oder durch eine Einwirkungsänderung einer mechanischen Feder (16) erfolgt.

3. Vorrichtung nach Anspruch 1 oder 2, dadurch gekennzeichnet, daß der Bereich (38) der Grundkreisabsenkung (31) unmittelbar vor der Nockenerhebung (23) angeordnet ist und sich bis zu etwa 90° Nockenwellenwinkel erstreckt.

4. Vorrichtung nach einem der Ansprüche 1 bis 3, dadurch gekennzeichnet, daß Mittel vorhanden sind, die die Kraftänderung innerhalb ei­ nes in Bezug auf die Nockenwellenlage dauernd gleichbleibenden Bereichs (37) von erheblich weniger als 360° Nockenwellenwinkel bewirken, daß mehrere, verschiedene Ventile (2) betätigende Nocken (8) mit zueinander versetzten Nockenerhebungen (23) vorhanden sind und daß ausschließlich bei denjenigen Nocken (8) eine Grundkreisabsenkung (31) vorhanden ist, bei denen sich der Bereich (37) mit dem Zeitpunkt oder Zeitraum (Bereich 38) der unerwünschten Verstellung des Koppelelements (Bolzen 14) über­ schneidet.

5. Vorrichtung nach Anspruch 4, dadurch gekennzeichnet, daß das Mittel ein in eine Flüssigkeitsleitung (28) zwischen einer Druckquelle (Ölpumpe 27) und dem Koppelelement (Bolzen 14) eingesetztes Schaltventil (29) umfaßt, das in Abhängigkeit von der Nockenwellenlage die Flüssigkeitsleitung (28) freigibt oder sperrt.

6. Vorrichtung nach Anspruch 1, dadurch gekennzeichnet, daß die Tiefe der Grundkreisabsenkung (31) im Bereich von etwa 0,1 bis 0,5 mm liegt.

7. Vorrichtung nach Anspruch 1, dadurch gekennzeichnet, daß die Grundkreisabsenkung (31) auf dem dem Koppelhebel (10) zugeordneten Nocken (8) angeordnet ist.