DE4230877A1 - Ventilsteuerung fuer ein hubventil mit zwei nocken - Google Patents

Description

Die Erfindung betrifft eine Ventilsteuerung gemäß dem Oberbe­ griff des Patentanspruchs 1. Eine derartige Ventilsteuerung, wie sie im Prinzip aus der DE-OS 35 20 859, F 01 L 1/04, bekannt ist, bietet im bevorzugten Einsatzfall, nämlich für ein Ladungs­ wechselventil einer Brennkraftmaschine, den Vorteil, beispiels­ weise den Liefergrad der Maschine in Abhängigkeit von der Dreh­ zahl zu verbessern. Bei dem zitierten Stand der Technik erfolgt der Wechsel von einem zum anderen Nocken durch Axialverschiebung des Übertragungshebels, das heißt der die beiden Nocken bildende Nockenblock sitzt axial unverschiebbar auf der Nockenwelle. Ab­ gesehen davon, daß ein entsprechender Axialantrieb für den Über­ tragungshebel schwierig zu realisieren ist, da er außerhalb der zur Unterbringung irgendwelcher Einrichtungen zur Axialverschie­ bung geeigneten Nockenwelle liegt, erfordert die bekannte Kon­ struktion auch entsprechende Relativbewegungen zwischen dem Übertragungshebel einerseits und dem sich an ihm abstützenden Ende des Ventilschafts andererseits, das heißt der Übertragungs­ hebel wird bei den zum Wechsel des jeweils wirksamen Nockens er­ forderlichen Axialbewegungen auf beiden Seiten auf Reibung bean­ sprucht. Hinzu kommt, daß die Auflageflächen von wirksamem Nocken und Ventilschaft an dem Übertragungshebel axial gegenein­ ander versetzt sind, so daß dieser Hebel im Querschnitt betrach­ tet einem Drehmoment ausgesetzt ist. Dieses Drehmoment wird im Betrieb durch die volle Öffnungskraft des Ventils erzeugt.

Bekannt sind in ihrer Gesamtheit einschließlich eines Nockens mit Kennfeldgeometrie axial verschiebbare Nockenwellen (DE-OS 34 08 448, F 01 L 1/04), bei denen die zu bewegende Masse sehr groß ist und die einen sich axial stufenlos verändernden, breiten Nocken beinhalten. Wenn, wie offenbar beabsichtigt, die axiale Verschiebung des Nockens zwecks Änderung der Ventilsteuerzeiten bei allen Nockenstellungen vorgenommen werden soll, läßt sich mit einer derartigen Konstruktion nur eine relativ geringe Va­ riabilität der Ventilhubkurve beispielsweise in Abhängigkeit von der Drehzahl erzielen, da andernfalls ein Klemmeffekt zwischen Ventilschaft bzw. Übertragungshebel einerseits und Nocken ande­ rerseits auftreten würde. Überhaupt besteht bei einer derartigen Konstruktion die Gefahr, daß infolge Nichtparallelität von Nockenmantellinien und Nockenwellenachse eine Punktberührung zwischen dem Nocken einerseits und dem Ventilschaftende bzw. dem Übertragungshebel andererseits auftritt.

Der Erfindung liegt die Aufgabe zugrunde, eine gattungsgemäße Ventilsteuerung zu schaffen, die mit geringem Aufwand eine ver­ lustarme Betätigung des betreffenden Hubventils sicherstellt und die Möglichkeit bietet, den Kontakt zwischen dem jeweils wirksa­ men Nocken und dem Übertragungshebel reibungsarm zu gestalten.

Die erfindungsgemäße Lösung dieser Aufgabe besteht in den kenn­ zeichnenden Merkmalen des Hauptanspruchs, vorteilhafte Ausbil­ dungen der Erfindung beschreiben die Unteransprüche.

In Übereinstimmung mit dem gattungbildenden Stand der Technik besitzt die Erfindung also gegenüber der weiteren beschriebenen bekannten Konstruktion alle Vorteile der Verwendung von zwei diskreten hier auf einer gemeinsamen Nockenwelle axial ver­ schiebbaren Nocken. Im übrigen beinhaltet die Erfindung eine in Anbetracht der Anforderungen einfache, zuverlässige Einrichtung zum Wechsel des jeweils wirksamen Nockens in Abhängigkeit von Betriebsparametern der Maschine, wie Drehzahl und Last.

Zwei Ausführungsbeispiele der Erfindung werden im folgenden an­ hand der Zeichnung erläutert. Es zeigen:

Fig. 1 teilweise im Längsschnitt eine Seitenansicht der erfindungsgemäßen Ventilsteuerung,

Fig. 2 den Fig. 1 bei II-II angedeuteten Quer­ schnitt,

Fig. 3 in Draufsicht den Nockenblock und den Druck­ ring,

Fig. 4 die zusammenwirkenden profilierten Stirnflä­ chen dieser beiden Teile in Abwicklung,

Fig. 5 teilweise im Längsschnitt ein zweites Ausfüh­ rungsbeispiel und

Fig. 6 die in Fig. 5 bei VI-VI angedeutete Schnitt­ ansicht.

Betrachtet man zunächst die Fig. 1 und 2, so erkennt man bei 1 die Nockenwelle, die in üblicher Weise von der Brennkraftma­ schine, deren Bestandteil sie in diesem Ausführungsbeispiel bil­ det, her angetrieben ist. Mittels der Paßfeder 3 drehfest, aber axial verschiebbar trägt die Nockenwelle 1 den Nockenblock 4 mit dem ersten Nocken 5 und dem zweiten Nocken 6, von denen der er­ ste Nocken 5 mit seiner Nockenkontur diejenige des zweiten Nockens 6 überragt. Beiden Nocken ist jedoch der Radius des Grundkreisprofils 7 gemeinsam. Der durch entsprechende Axial­ stellung des Nockenblocks 4 jeweils wirksame der beiden Nocken 5 und 6, in den Figuren der Nocken 6, liegt auf der Rolle 8 an dem nach Art eines Schlepp- oder Kipphebels um die Achse 9 schwenk­ bar gelagerten Übertragungshebel 10 auf.

Durch die Wendelfeder 11 wird der Nockenblock 4 mit seiner in Fig. 1 rechten Stirnfläche 12 gegen die ein Hubprofil tragende Stirnfläche 13 des Druckrings 14 gezogen, der mittels des Stifts 14a in die umlaufende Nut la am Umfang der Nockenwelle 1 ein­ greift und demgemäß axial unverschiebbar, aber drehbar von der Nockenwelle 1 getragen ist. Wie aus den Fig. 3 und 4 er­ sichtlich, sind die beiden Flächen 12 und 13 etwa komplementär gestaltet und besitzen in Richtung auf die jeweils andere Fläche vorspringende Bereiche, so daß bei entsprechender Winkelverdre­ hung gegenüber den Relativlagen der beiden Flächen in den Figu­ ren 3 und 4 das Hubprofil 13 des Druckrings 14 den Nockenblock 1 in Fig. 1 nach links verschieben kann, wodurch der erste Nocken 5 durch Auflage auf der Rolle 8 wirksam gemacht ist.

Diese Relativverdrehung der beiden Teile 4 und 14 erfolgt durch Eingreifen des in den Fig. 1 und 2 bei 15 dargestellten Fang­ hakens, der, wenn er durch den Exzenter 16 in Richtung auf die Nockenwelle 1 verschwenkt bzw. durchgebogen wird, in die Ein­ griffsvertiefung 17 am Umfang des Druckrings 14 hineingedrückt ist, die weitere Teilnahme desselben an der Drehung der Nocken­ welle 1 verhindert. Da sich infolge der drehfesten Kopplung des Nockenblocks 4 über die Paßfeder 3 aber die Gegenfläche 12 relä­ tiv zum Hubprofil 13 weiterdreht, gleiten die vorstehenden Be­ reiche der beiden Flächen 12 und 13 aufeinander und bewirken da­ mit die in Fig. 1 nach links gerichtete Axialverschiebung des Nockenblocks 4. Sobald dieser seine für die Wirksamkeit des Nockens 5 erforderliche Endlage erreicht hat, erfolgt auf hy­ draulischem Wege über ein Steuergerät drehzahl- und/oder lastab­ hängig mittels des Kolbenstifts 18 eine Arretierung des Nocken­ blocks 4 in axialer Richtung, so daß diese Axialstellung dessel­ ben gewahrt ist.

Die Betätigung des Fanghakens 15 mittels des Exzenters 16 ist zeitlich so abgestimmt, daß die axialen Verschiebebewegungen des Nockenblocks 4 relativ zum Übertragungshebel 10 nur während der Grundkreisphase stattfinden, so daß minimale Kräfte (das in Fig. 2 bei 19 angedeutete Hubventil befindet sich in seiner Schließstellung) vorliegen und Unebenheiten im Bereich der Nockenerhebungen die Relativverschiebung nicht behindern.

Die Rückbewegung des Nockenblocks 4 in seine in Fig. 1 darge­ stellte Lage erfolgt unter der Wirkung der Rückstellfeder 11 (die dann auch die kraftschlüssige Drehverbindung des Druckrings 14 mit der Nockenwelle 1 darstellt) nach Herausbewegen des Fang­ hakens 15 aus der Eingriffsvertiefung 17. Hierzu kann der Fang­ haken 15 federnd ausgebildet sein; in dem Ausführungsbeispiel nach den Fig. 3 und 4 sind auch Anschlagecken 20 oder der­ gleichen im Bereich der beiden aufeinandergleitenden Flächen 12 und 13 vorgesehen, die das Ausrasten des Fanghakens 15 er­ leichtern sollen.

In dem Ausführungsbeispiel nach den Fig. 5 und 6 sind die be­ reits behandelten Teile mit denselben Bezugszeichen versehen. Daß dabei einzelne Teile eine etwas andere Formgebung besitzen, mag in diesem Zusammenhang außer Betracht bleiben. So ist, wie aus Fig. 5 ersichtlich, der Übertragungshebel 10 hier zur Auf­ nahme der Rolle 8 gabelförmig gestaltet.

In Abweichung von dem anhand der Fig. 1 bis 4 erläuterten Ausführungsbeispiel findet sich bei dieser Konstruktion jedoch kein Druckring, sondern ein Druckhaken 30, der während der Axi­ alverschiebung des Nockenblocks 4 in Fig. 5 nach links in die Hubkulisse 31 auf dem Umfang der Nockenwelle 1 eingreift. Wie aus Fig. 6 ersichtlich, ist der Druckhaken 30 mittels einer drehbaren Welle 32 und einer Feder 33 so gelagert, daß er prak­ tisch in allen Richtungen bewegbar ist. Sobald also der Druckha­ ken 30 von der Kulisse 31 ergriffen ist, bestimmt ihr axialer Verlauf über dem Umfang der Nockenwelle 1 die axiale Stellung des Nockenblocks 4, der durch die hier als Druckfeder ausgebil­ dete, sich an einem anderen Nocken 34 abstützende Rückstellfeder 11 mit seiner in der Figur rechten Stirnfläche stets auf dem Druckhaken 30 aufliegt. Zur Erleichterung des Eindringens bzw. Aushebens des Druckhakens 30 besitzt die Hubkulisse 31, wie bei 35 und 36 angedeutet, kontinuierlich in den Mantel der Nocken­ welle 1 übergehende Ausläufe.

Mit der Erfindung ist demgemäß eine gattungsgemäße Ventilsteu­ erung geschaffen, die mit minimalem Aufwand zumindest weitgehen­ de Freiheit hinsichtlich der Ausgestaltung der Nocken und damit der Wahl der Ventilhubkurven gibt. Auch kann die Konstruktion im einzelnen an den jeweiligen Einsatzfall angepaßt sein. Soll bei­ spielsweise die Ausführung gemäß den Fig. 5 und 6 auch den Rückwechsel vom Nocken 5 zum Nocken 6 nur während der Grund­ kreisphase zulassen, kann der Nocken 5 einen zusätzlichen Bund 37 tragen.

Claims (8)

1. Ventilsteuerung für ein Hubventil, insbesondere ein Ladungs­ wechselventil einer Brennkraftmaschine, mit zwei auf einer Nockenwelle drehfesten, einen Nockenblock bildenden Nocken, von denen ein erster Nocken eine die Nockenkontur des zweiten Nockens überragende Nockenkontur, aber einen übereinstimmen­ den Grundkreisbereich besitzt, ferner mit einem zwischen Nocken und Ventil angeordneten Übertragungshebel sowie mit Einrichtungen zur Erzeugung von zur Nockenwellenachse paral­ lelen Relativbewegungen zwischen dem Nockenblock einerseits und dem Übertragungshebel andererseits zwecks Wechsels des jeweils auf den Übertragungshebel wirkenden Nockens, wobei diese Einrichtungen den Wechsel vom zweiten auf den ersten Nocken nur während der Nockengrundkreisphase zu lassen, da­ durch gekennzeichnet, daß der Nockenblock (4) auf der Nocken­ welle (1) relativ zu dem Übertragungshebel (10) axial gegen die Kraft einer im Sinne der Wirksamkeit des zweiten Nockens (6) arbeitenden Rückstellfeder (11) mittels eines Druck­ stückes (14) verschiebbar ist, dem ein über zumindest einen Teilumfang der Nockenwelle (1) verlaufendes Hubprofil (13) zugeordnet ist, und daß für den Nockenblock (4) eine hydrau­ lische Arretierung (18) an der Nockenwelle (1) in seiner Axi­ alstellung bei Wirksamkeit des ersten Nockens (5) vorgesehen ist.

2. Ventilsteuerung nach Anspruch 1, dadurch gekennzeichnet, daß das Hubprofil (13) durch eine Stirnfläche eines auf der Nockenwelle (1) drehbar, aber axial unverschiebbar gelagerten Druckringes (14) gebildet ist, auf der sich der Nockenblock (4) mit einer etwa komplementären Gegenfläche (12) unter der Kraft der Rückstellfeder (11) abstützt, und daß Mittel (15, 17) zum zeitweiligen Unterbinden des Mitdrehens des Druckrin­ ges (14) mit der Nockenwelle (1) vorgesehen sind.

3. Ventilsteuerung nach Anspruch 2, dadurch gekennzeichnet, daß die Rückstellfeder (11) als Wendelfeder ausgebildet ist und eine begrenzt kraftschlüssige Drehverbindung zwischen Nocken­ welle (1) und Druckring (14) bildet.

4. Ventilsteuerung nach Anspruch 2 oder 3, dadurch gekennzeich­ net, daß die Mittel einen in Umfangsrichtung verlaufenden Fanghaken (15) und eine Eingriffsvertiefung (17) für diesen im Druckring (14) enthalten.

5. Ventilsteuerung nach Anspruch 4, dadurch gekennzeichnet, daß dem Fanghaken (15) eine gesteuerte Einrückvorrichtung (16) nach Art eines Exzenters zugeordnet ist.

6. Ventilsteuerung nach Anspruch 1, dadurch gekennzeichnet, daß das Druckstück ein zur Verschiebung des Nockenblocks (4) ent­ gegen der Kraft der Rückstellfeder (11) in einer Hubkulisse (31) in der Nockenwelle (1) geführter Druckhaken (30) ist.

7. Ventilsteuerung nach Anspruch 6, dadurch gekennzeichnet, daß die Hubkulisse (31) zumindest im Auslaufbereich (35, 36) für den Druckhaken (30) kontinuierlich in den Umfang der Nocken­ welle (1) übergeht.

8. Ventilsteuerung nach einem der Ansprüche 1 bis 7, dadurch ge­ kennzeichnet, daß die Berührung zwischen Übertragungshebel (10) und wirksamem Nocken (5, 6) reibungsarm über eine Rolle (8) erfolgt.