DE4442965A1 - Ventiltrieb mit mechanischer Verriegelung - Google Patents

Description

Die vorliegende Erfindung betrifft einen Ventiltrieb für die Gaswechselventile einer Brennkraftmaschine mit mindestens einer Nockenwelle, deren Nocken Schlepphebel betätigen, die sich auf in einer ersten Bohrung im Zylinderkopf beweglich angeordnete Stützelemente stützen.

Aus dem Stand der Technik sind lediglich Ventiltrieb-Anordnun­ gen mit Schlepphebel bekannt, bei denen die Stützelemente der Schlepphebel hydraulisch verriegelt werden. Bei der hydrauli­ schen Verriegelung des Stützelements wird das Stützelement mittels eines in einer Hydraulikkammer angeordneten Kolbens in die Verriegelungsstellung gedrückt. Um das Stützelement in der Verriegelungsstellung zu halten, muß dauernd Öl umgepumpt werden, damit der zur Verriegelung benötigte Öldruck in der Hydraulikkammer nicht abfällt.

Ein Ventiltrieb mit einer der­ artigen hydraulischen Verriegelung ist beispielsweise aus der unter der Anmeldungsnummer 64-292915 eingereichten japanischen Anmeldung (JP-A 3-151511) bekannt.

Die hydraulische Verriegelung hat jedoch den Nachteil, daß die Position des Stützelements und damit der relative Abstand des Schlepphebels zur Nocke von der Kompressibilität des Öls abhän­ gig ist. Das Öl wird jedesmal, wenn der Schlepphebel durch die Nocke betätigt wird, etwas zusammengedrückt bzw. komprimiert. Nach der Belastungsphase des Schlepphebels dehnt sich das Öl wieder aus. Dadurch kann bei höheren Drehzahlen das Stützele­ ment zu Schwingungen angeregt werden. Durch den ständigen Kon­ takt des Schlepphebels am Nocken, welches durch die ölhydrauli­ sche Kraft am Stützelement bewirkt wird, ist im Vergleich zu einer mechanischen Ventilspieleinstellung das Reibmoment an der Nockenwelle erhöht.

Weitere Nachteile der rein hydraulischen Variante sind das ständige Umpumpen des Öls für den Fall, daß das Stützelement abgesenkt wird, und die damit verbundenen, erhöhten Pumpenver­ luste sowie die vermehrt auftretende Ölverschäumung.

Ein Ziel der vorliegenden Erfindung ist, einen Ventiltrieb mit einzeln abschaltbaren Ventilen zu schaffen, bei dem geringe Reibungskräfte auftreten. Ein weiteres Ziel der Erfindung ist, einen Ventiltrieb mit einzeln abschaltbaren Ventilen zu schaf­ fen, mit dem eine zeitlich konstante Öffnungscharakteristik der Gaswechselventile erhalten wird.

Diese Ziele werden mit einem Ventiltrieb im Zylinderkopf einer Brennkraftmaschine mit mehreren Gaswechselventilen erreicht, bei dem

• - mindestens eine Nockenwelle Schlepphebel betätigt, die sich auf Stützelemente stützen, die in einer ersten Bohrung im Zylinderkopf in Richtung der Achse der ersten Bohrung gleit­ bar angeordnet sind, und bei dem
• - zwischen einem Bodenabschnitt der ersten Bohrung und dem Stützelement ein erstes Federelement mit einer ersten Feder­ konstante angeordnet ist,
• - zur Rückführung des Gaswechselventils in seine geschlossene Stellung ein zweites Federelement mit einer zweiten Feder­ stellung vorgesehen ist, die größer als die erste Federkon­ stante ist,
• - im Zylinderkopf eine zweite Bohrung zur Aufnahme eines Ver­ riegelungselements vorgesehen ist, die in die erste Bohrung mündet und,
• - das Stützelement mit einer Ausnehmung versehen ist, in die das Verriegelungselement zur Fixierung des Stützelements einrastbar ist.

Vorteilhafte Ausgestaltungen eines solchen Ventiltriebs sind in den Unteransprüchen angegeben.

Ein Vorteil des erfindungsgemäßen Ventiltriebs ist jedoch be­ sonders hervorzuheben. Das Zuschalten eines Gaswechselventils kann nämlich bei dem erfindungsgemäßen Ventiltrieb durch eine mechanische Verriegelung erfolgen. Ein aufwendiges hydrauli­ sches System zur Verriegelung des Stützelements ist nämlich nicht notwendig. Das Stützelement kann nämlich während der Grundkreisphase des Nockens mechanisch arretiert werden, wenn das zugehörige Gaswechselventil in Betrieb genommen werden soll.

Ein weiterer Vorteil ist darin zu sehen, daß mit dem erfin­ dungsgemäßen Ventiltrieb auch eine Herabsetzung der Reibung erzielt werden kann. Die Ventilspieleinstellung kann vorzugs­ weise mechanisch erfolgen, d. h. während der Grundkreisphase des Nockens ist kein Kontakt zum Schlepphebel vorhanden. Außer­ dem kann die Federkonstante des ersten Federelements so klein gewählt werden, daß der Schlepphebel während einer Abschalt­ phase nur mit geringer Kraft an die Nockenwelle gedrückt wird.

Im folgenden wird die Erfindung anhand der beigefügten Zeich­ nungen näher erläutert, in denen:

Fig. 1 einen Querschnitt des erfindungsgemäßen Ventiltriebs zeigt, wobei das gezeigte Gaswechselventil in Betrieb ist; und

Fig. 2 einen Querschnitt des erfindungsgemäßen Ventiltriebs zeigt, wobei das dargestellte Gaswechselventil abge­ schaltet bzw. stillgelegt ist.

Fig. 1 zeigt einen Querschnitt durch den Zylinderkopf und das Gaswechselventil 13 einer Brennkraftmaschine. Das Gaswechsel­ ventil 13 wird durch eine unter Vorspannung stehende Schrauben­ feder 14 in seine geschlossene Stellung zurückgeführt.

Die Schraubenfeder 14 weist: eine Federkonstante k₂ (im folgen­ den "zweite Federkonstante" genannt) auf, die sich einerseits am Zylinderkopf und andererseits an einem Kopfteil 29 am oberen Ende des Ventilschafts abstützt. Das Gaswechselventil 13 wird durch einen Schlepphebel 12 betätigt, der periodisch von einer Nocke der Nockenwelle 11 bewegt wird und sich mit einem Ende am Kopfteil 29 und mit seinem anderen Ende am Kopfabschnitt eines Stützelements 10 abstützt. Das Stützelement 10 ist gleitbar in einer ersten Bohrung 22 im Zylinderkopf angeordnet. Das Stützelement 10 ist entlang der Achse der ersten Bohrung 22 bewegbar. Zwischen dem in die Bohrung hineinragenden Abschnitt des Stützelements 10 und einem Bodenabschnitt 26 der Bohrung 22 ist ein erstes Federelement 4 mit einer ersten Federkonstante k₁ angeordnet. Das Federelement 4 kann beispielsweise eine Schraubenfeder sein, die sich am Bodenabschnitt 26 der ersten Bohrung abstützt und unter Vorspannung steht, so daß das Stützelement 10 von der Schraubenfeder 4 nach oben in Richtung des Schlepphebels 12 gedrückt wird.

Um das Gaswechselventil 13 in Betrieb zu nehmen, d. h. über die Nockenwelle 11 und den Schlepphebel 12 periodisch zu öffnen, muß das Abstützelement starr verriegelt werden, damit der Schlepphebel 12 um eine zur Nockenwelle parallele Achse schwenkbar ist, die durch den Kopfabschnitt des Stützelements läuft. Zur starren Verriegelung des Abstützelements 10 ist im Zylinderkopf eine Verriegelungseinrichtung vorgesehen. Die Ver­ riegelungseinrichtung umfaßt im wesentlichen eine zweite Boh­ rung 24, die quer zur ersten Bohrung 22 verläuft und in diese einmündet, ein Verriegelungselement 25, das entlang der zweiten Bohrung 24 bewegbar angeordnet ist, und ein weiteres Federele­ ment 7, das unter Vorspannung steht und zur Rückführung des Verriegelungselements in die zweite Bohrung 24 dient. Das Stützelement 10 ist mit einer Ausnehmung zur Aufnahme des vorderen Abschnitts des Verriegelungselements 25 versehen.

Die Ausnehmung kann beispielsweise als eine Bohrung 20 ausge­ bildet sein, die das Stützelement quer zu dessen Längsachse und quer zur Achse der ersten Bohrung 22 durchquert.

Im folgenden wird der Vorgang der Stillegung und der Vorgang der Inbetriebnahme des Gaswechselventils nach einer Abschalt­ phase näher anhand der Fig. 1 und 2 erläutert. Fig. 2 zeigt das Gaswechselventil 13 im stillgelegten Zustand. Im stillgelegten Zustand liegt das Verriegelungselement 25 vollständig innerhalb der zweiten Bohrung 24. Das heißt auch der vordere Abschnitt des Verriegelungselements 25 ragt nicht aus der zweiten Bohrung heraus und in die zweite Bohrung hinein. Das Abstützelement 10 ist demzufolge frei entlang der Achse der Bohrung 22 bewegbar. Wählt man nun die Federkonstante k₂ des zweiten Federelements kleiner als die Federkonstante k₁ des Ventilfederelements 14, so wird das Stützelement 10 während der Hubphase entgegen der Federkraft des Federelements 4 nach unten gedrückt, während der sich auf den Kopfteil 29 des Ventilschafts abstützende Endab­ schnitt des Schlepphebels 12 nicht bewegt. Dieser Endabschnitt verbleibt auch während der Hubphase unbeweglich, da die Feder­ kraft des ersten Federelements 14 größer als die Federkraft das zweiten Federelements 4 ist. Wie aus Fig. 2 ersichtlich ist, bleibt das Gaswechselventil 13 auch während der Zeit geschlos­ sen, in der der Nocken der Nockenwelle 11 den Schlepphebel 12 nach unten drückt.

Das Verriegelungselement 25 kann als Kolben ausgebildet sein, der entlang der Innenwand der zylindrischen zweiten Bohrung gleitbar ist. Wie in Fig. 1 ersichtlich, ist der Kolben 25 auf einen Schaft aufgebracht, an dessen Ende ein Anschlag zur Ab­ stützung einer Schraubenfeder 7 angebracht ist. Die Schrauben­ feder 7 stützt sich einerseits an den an diesem Schaft ange­ brachten Anschlag und andererseits an einem ringförmigen Vor­ sprung ab, der sich innerhalb der zweiten Bohrung 24 radial nach innen erstreckt und an dem der Schaft des Verriegelungs­ elements 25 anliegt.

Das Verriegelungselement 25 kann entweder elektromagnetisch mittels eines Relais′ oder hydraulisch betätigt werden. Fig. 1 und 2 zeigen eine Ausführungsform der Erfindung mit einer hy­ draulischen Betätigungseinrichtung. Der Kolben des Verriege­ lungselements 25 bildet mit der zweiten Bohrung 22 eine Kammer, in die eine Hydraulikflüssigkeit gepumpt werden kann, um das Verriegelungselement 25 aus der Bohrung 22 herauszudrücken.

Um das Gaswechselventil 13 nach einer Abschaltphase wieder in Betrieb zunehmen, wird der Kolben hydraulisch mit Druck beauf­ schlagt, indem die Hydraulikflüssigkeit in die zweite Bohrung 24 gepumpt wird. Sobald der Schlepphebel 12 wieder am Grund­ kreis des Nockens anliegt, liegt die Ausnehmung des Abstütz­ telements 10 unmittelbar gegenüber der Einmündung der zweiten Bohrung 24. In diesem Augenblick wird das Verriegelungselement 25 durch den Öldruck entgegen der Federkraft der Schraubenfeder 7 in die Ausnehmung des Stützelements 10 gedrückt. Der Kolben des Verriegelungselements 25 verbleibt nun solange mit mit Stützelement 10 in Eingriff und verriegelt dieses, solange der Öldruck in der Kammer der Verriegelungseinrichtung aufrechter­ halten wird.

Für den Fall, daß das Verriegelungselement 25 hydraulisch betä­ tigt wird, wird vorgeschlagen, das in den Fig. 1 und 2 gezeigte Hydrauliksystem zu benutzen. Dieses Hydrauliksystem umfaßt eine Ölpumpe 1, ein steuerbares Ventil 2, eine Ölleitung p₂ und einen Ölkanal p₄, der innerhalb des Zylinderblocks liegt und in die zweite Bohrung 24 mündet. Wenn das Abstützelement 10 starr verriegelt werden soll und das Gaswechselventil in Betrieb ge­ nommen werden soll, wird das Steuerventil 2 geöffnet, um den Kolben des Verriegelungselements 25 mit Druck zu beaufschlagen. Zur Stillegung des Gaswechselventils 13 ist es lediglich not­ wendig, das Steuerventil 2 zu schließen, was einen Abfall des Öldrucks innerhalb der Bohrung 25 zur Folge hat.

Um einen Ventiltrieb mit besonders geringer Reibung zu erzie­ len, muß die Federkonstante k₂ sehr klein sein. Um sicherzu­ stellen, daß das Abstützelement 10 trotz der geringen Federkon­ stante k₂ des zweiten Federelements 4 schnell genug nach oben gedrückt wird, kann beispielsweise die erste Bohrung 22 über Ölleitungen p₃ und p₁ mit dem oben beschriebenen Hydrauliksy­ stem verbunden werden. Die vom Stützelement 10 und der ersten Bohrung 22 gebildete Kammer kann beispielsweise mit dem Steuer­ ventil 2 über die Ölleitung p₁ und eine variable Drossel 3 ver­ bunden werden, so daß sich der Ölstrom hinter dem Steuerventil in zwei Teilströme (p₁ und p₂) aufteilt und ein Teil des Öls in die erste Bohrung 22 gepumpt werden kann. Mit Unterstützung des Öldrucks kann das Stützelement 10 schnell in die obere (starre) Position gebracht werden.

Allerdings ist eine andere Ausführungsform der Erfindung vorzu­ ziehen, bei der das Stützelement 10 allein durch die Federkraft des zweiten Federelements 4 nach oben bewegt wird. Die in den Figuren gezeigte Ölleitung P1 und die Drossel 3 entfallen dann.

Im folgenden wird eine weitere, besondere Ausgestaltung der vorliegenden Erfindung beschrieben, mit der auf einfache Weise das Ventilspiel beim erfindungsgemäßen Ventiltrieb eingestellt werden kann. Dazu ist es notwendig, am oberen Ende des Stütz­ elements 10 einen Ansatz 5 vorzusehen, der eine Bohrung auf­ weist, die sich parallel zu Achse des Stützelements erstreckt. Am Zylinderkopf ist in der Nähe der ersten Bohrung 22 ein Ge­ windebolzen vorzusehen, dessen Achse parallel zur Achse des Stützelements ist. Dieser Gewindebolzen 28 erstreckt sich durch die Bohrung im Ansatz 5 hindurch, so daß sich der Ansatz 5 ent­ lang des Bolzens 28 bewegt, wenn das Abstützelement 10 axial verschoben wird. Werden auf den Gewindebolzen 28 eine oder mehrere Schraubenmuttern 16 geschraubt, so läßt sich die Be­ wegung des Stützelements 10 nach oben begrenzen und der Abstand des Schlepphebels 12 zum Grundkreis der Nocke variabel einstel­ len.

Claims (7)

1. Ventiltrieb im Zylinderkopf einer Brennkraftmaschine mit mehreren Gaswechselventilen, bei dem

• a) mindestens eine Nockenwelle (11) Schlepphebel (12) be­ tätigt, die sich auf Stützelemente (10) stützen, die in einer ersten Bohrung (22) im Zylinderkopf in Richtung der Achse der ersten Bohrung gleitbar angeordnet sind,
• b) zwischen einem Bodenabschnitt (26) der ersten Bohrung (22) und dem Stützelement (10) ein erstes Federelement (4) mit einer ersten Federkonstante angeordnet ist,
• c) zur Rückführung des Gaswechselventils (13) in seine geschlossene Stellung ein zweites Federelement (14) mit einer zweiten Federkonstante vorgesehen ist, die größer als die erste Federkonstante ist,
• d) im Zylinderkopf eine zweite Bohrung (24) zur Aufnahme eines Verriegelungselements (25) vorgesehen ist, die in die erste Bohrung (22) mündet, und
• e) das Stützelement mit einer Ausnehmung versehen ist, in die das Verriegelungselement (25) zur Fixierung des Stützelements einrastbar ist.

2. Ventiltrieb nach Anspruch 2, dadurch gekennzeichnet daß das Stützelement (10) ein zylinderförmiger Kolben ist, der sich einerseits auf das unter Vorspannung stehende, innerhalb der ersten Bohrung (24) angeordnete Federelement (4) stützt und andererseits aus der ersten Bohrung (22) herausragt und an einem Ende des Schlepphebels (12) anliegt.

3. Ventiltrieb nach Anspruch 1 oder 2, dadurch gekennzeichnet, daß

• - am Zylinderkopf neben der ersten Bohrung (22) ein Bolzen (28) vorgesehen ist, dessen Achse parallel zur Achse des Stützelements (10) verläuft und
• - an dem aus der ersten Bohrung (22) herausragenden Ab­ schnitt des Stützelements (10) ein Ansatz (5) angebracht ist, der eine Öffnung aufweist, durch die sich der Bolzen (28) erstreckt und
• - am Bolzen (28) ein Anschlag (16) angebracht ist, gegen den der Ansatz (5) stößt, wenn sich das Abstützelement bzw. der Kolben (10) in seiner verriegelten Position befindet.

4. Ventiltrieb nach Anspruch 1, 2 oder 3, dadurch gekenn­ zeichnet, daß

• - die Ausnehmung des Stützelements (10) eine dritte Bohrung (20) ist, deren Achse parallel zur Achse der zweiten Bohrung (24) verläuft,
• - das Verriegelungselement ein Kolben (25) ist, der in die dritte Bohrung (20) gleitet, wenn das Stützelement (10) verriegelt wird.

5. Ventiltrieb nach einem der vorhergehenden Ansprüche, dadurch gekennzeichnet, daß das Verriegelungselement (25) elektromagnetisch mit Hilfe eines Relais′ betätigt wird.

6. Ventiltrieb nach einem der Ansprüche 1 bis 4, dadurch gekennzeichnet, daß

• - das Verriegelungselement (25) hydraulisch mittels einer Hydraulikanordnung betätigt wird und
• - das Verriegelungselement (10) ein Kolben ist, der mit der zweiten Bohrung (24) eine Hydraulikkammer bildet, die über einen Ölkanal (p4) eine Ölleitung (p2) und ein Steuerventil (2) mit einer Ölpumpe (1) verbunden ist.

7. Ventiltrieb nach Anspruch 2, dadurch gekennzeichnet, daß der zylinderförmige Kolben (10) mit der ersten Bohrung (22) eine Hydraulikkammer bildet, die über einen Ölkanal (p3), eine Ölleitung (11) und über ein Steuerventil (3) mit einer Ölpumpe (1) verbunden ist.