DE10303567A1

DE10303567A1 - Hydraulischer Mitnehmerkipphebel

Info

Publication number: DE10303567A1
Application number: DE10303567A
Authority: DE
Inventors: Rainer Dipl.-Ing. Albat (BA); Uwe Meyer
Original assignee: DaimlerChrysler AG
Current assignee: Mercedes Benz Group AG
Priority date: 2003-01-30
Filing date: 2003-01-30
Publication date: 2004-08-12
Also published as: DE50313053D1; EP1588027A1; WO2004067923A1; JP2006514192A; JP4672372B2; US7182054B2; US20050252466A1; EP1588027B1

Abstract

Die Erfindung bezieht sich auf einen Ventilantrieb 1 für Kolben-Brennkraftmaschinen, bei der ein erster Kipphebel 2.1 mit mindestens einem ersten Zylinderventil 3.1 in Wirkkontakt steht, zumindest eine Zusatznocke 4.2 mit einem zweiten Kipphebel 2.2 in Wirkkontakt steht und der zweite Kipphebel 2.2 über ein Stellelement 5 mit dem ersten Kipphebel 2.1 in Kraftfluss bringbar ist, wobei die Steuernocke 4.1 mit dem zweiten Kipphebel 2.2 in Wirkkontakt steht und der erste Kipphebel 2.1 über ein Stellelement 5 mit dem zweiten Kipphebel 2.2, mit Bezug zum Leerwinkel alpha zumindest teilweise in Synchronlauf bringbar ist.

Description

Die Erfindung bezieht sich auf einen Ventilantrieb für Kolben-Brennkraftmaschinen mit mindestens einer Steuernocke, einer Zusatznocke, einem ersten Kipphebel und einem zweiten Kipphebel, die auf einer Kipphebelwelle schwenkbar gelagert sind, wobei der erste Kipphebel mit mindestens einem ersten Zylinderventil in Wirkkontakt steht, zumindest die Zusatznocke mit dem zweiten Kipphebel in Wirkkontakt steht und der zweite Kipphebel über ein Stellelement mit dem ersten Kipphebel in Kraftfluss bringbar ist.

Es ist bereits eine Bremsvorrichtung mit einem nockengetriebenen Auslassventil aus der DE 15 26 485 bekannt. Hierbei ist neben einer üblichen Kipphebel-Nockenanordnung eine Hilfsdrehnockeneinrichtung mit einem hydraulisch betätigten Verriegelungskolben vorgesehen, die durch Ansteuern des innerhalb des Kipphebels angeordneten Verriegelungskolbens den Kraftfluss zwischen einer Hilfsnocke und dem Kipphebel gewährleistet.

Aus der Druckschrift: Impressum, HONDA Deutschland GmbH, Öffentlichkeitsarbeit, ist auf Seite 12 eine Kipphebel-Nockenanordnung mit einer ersten Steuernocke und einer zweiten Steuernocke gezeigt. Die Steuernocken stehen jeweils über einen auf einer Kipphebelwelle schwenkbar gelagerten Kipphebel mit einem Zylinderventil in Wirkverbindung. Einer Zusatz-Steuernocke ist ein weiterer Kipphebel zugeordnet, der über ein steuerndes Stellelement mit den Kipphebeln formschlüssig verbindbar ist. Das Stellelement wird dabei axial zur Kipphebelachse bewegt.

Der Erfindung liegt die Aufgabe zugrunde, einen Ventilantrieb derart auszubilden und anzuordnen, dass eine flexible Ansteuerung eines Motorventils gewährleistet ist.

Gelöst wird die Aufgabe erfindungsgemäß dadurch, dass die Steuernocke mit dem zweiten Kipphebel in Wirkkontakt steht. Hierdurch wird erreicht, dass nur der zweite Kipphebel mit der Steuernocke und der Zusatznocke bzw. mit dem Steuertrieb in Wirkkontakt zu bringen ist. Die Steuernocke und die Zusatznocke sind hierbei auf einer gemeinsamen Nockenbahn angeordnet, wodurch insgesamt der Steuertrieb konstruktiv vereinfacht ist. Wirkkontakt bedeutet, dass neben einem möglichen Schmiermittelfilm und/oder einem Spielausgleichselement ein unmittelbarer Kontakt zwischen den jeweiligen Getriebeteilen besteht. Außerdem kann ein auf dem erfindungsgemäßen Ventilantrieb basierendes Bremssystem auch bei neueren Motorkonstruktionen realisiert werden. Eine Konstantdrossel ist nicht mehr notwendig. Neben der einfachen Ausführung ist der Bauraum optimal ausgenutzt. Der erfindungsgemäße Ventilantrieb ist auch bei unten und oben liegenden Nockenwellen einsetzbar.

Hierzu ist es vorteilhaft, dass das Stellelement eine Sperrrichtung aufweist, die der Richtung einer zwischen dem ersten Kipphebel und dem zweiten Kipphebel wirkenden Sperrkraft entspricht und die Sperrrichtung mit Bezug zu einer Mittelachse der Kipphebelwelle senkrecht und mit Abstand zu dieser angeordnet ist. Aufgrund des Abstandes der Sperrrichtung bzw. der Sperrkraft zur Mittelachse der Kipphebelwelle ist ein Hebel realisierbar, der entsprechend der aufzubringenden Steuerkräfte optimal ausgelegt werden kann. Die Verstellwege des Stellelements sind proportional zum Abstand zur Mittelachse und somit mit dem Abstand zur Mittelachse ebenfalls veränderbar.

Eine zusätzliche Möglichkeit ist gemäß einer Weiterbildung, dass zwischen dem ersten Kipphebel und dem zweiten Kipphebel ein mit Bezug zu einer Schwenkbewegung auf der Kipphebelwelle durch das Stellelement einstellbarer Leerwinkel α vorgesehen ist. Mit der Einstellbarkeit des Leerwinkels α ist der durch die Steuernocken bzw. Hilfsnocken generierte Steuerweg der Zylinderwege einstellbar bzw. veränderbar. Bei einem Leerwinkel von α = 0° folgt der erste Kipphebel dem zweiten Kipphebel, wobei durch Vergrößerung des Leerwinkels a zum einen ein zeitlicher Verzug der Stellbewegung des ersten Kipphebels und zum andern eine Begrenzung des gesamten Stellwinkels des ersten Kipphebels erfolgt.

Ferner ist es vorteilhaft, dass das Stellelement als bewegbarer Kolben ausgebildet und mit einer Steuerleitung sowie einem Steuerventil für Druckmittel verbunden ist. Die Ausbildung des Stellelements als hydraulisch betätigter Kolben gewährleistet eine einfache und verschleißfreie Ansteuerung.

Vorteilhaft ist es hierzu auch, dass die Steuerleitung ein Rückschlagventil aufweist, dem eine Bypassleitung zugeordnet ist. Durch den Einsatz eines Rückschlagventils ist zum einen der Druckaufbau innerhalb der Steuerleitung bei geschlossenem Steuerventil gewährleistet. Zum anderen kann über die Bypassleitung bei Druckmittelverlust innerhalb der Steuerleitung Druckmittel nachfließen.

Gemäß einer bevorzugten Ausführungsform der erfindungsgemäßen. Lösung ist schließlich vorgesehen, dass der Kolben innerhalb eines mit der Steuerleitung verbundenen Druckmittelzylinders bewegbar angeordnet ist und mit einer ersten Stirnseite gegen den ersten Kipphebel mittel- oder unmittelbar anlegbar ist. Bei geschlossenem Steuerventil wird eine Relativbewegung zwischen dem Kolben und dem Druckmittelzylinder verhindert, so dass die Stellbewegung des zweiten Kipphebels zumindest teilweise auf den ersten Kipphebel übertragen wird. Bei geöffnetem Steuerventil wird das Druckmittelvolumen des Druckmittelzylinders reduziert und der zweite Kipphebel führt bis zum Schließen des Steuerventils einen Leerweg aus, bei dem der erste Kipphebel in seiner Ruhestellung stehen bleibt.

Von besonderer Bedeutung ist für die vorliegende Erfindung, dass dem Kolben innerhalb des Druckmittelzylinders ein der Druckkraft des Druckmittels entgegenwirkendes Rückstellelement zugeordnet ist. Durch das Rückstellelement wird sofort nach dem Öffnen des Steuerventils die Rückstellbewegung des Kolbens eingeleitet und somit werden dynamische Druckstöße auf den ersten Kipphebel verhindert.

Im Zusammenhang mit der erfindungsgemäßen Ausbildung und Anordnung ist es von Vorteil, dassder erste Kipphebel auf der Kipphebelwelle oder auf dem zweiten Kipphebel schwenkbar gelagert ist. Dem Rückschlagventil ist eine nicht weiter dargestellte Bypassleitung zugeordnet, über die Druckmittel angesaugt wird. Vorteilhaft ist es ferner, dassder erste Kipphebel, das Stellelement und der zweite Kipphebel eine Baueinheit bilden.

Außerdem ist es vorteilhaft, dass wahlweise die Steuernocke mit dem ersten Kipphebel und die Zusatznocke nur mit dem zweiten Kipphebel in Wirkkontakt steht. Durch die direkte Ansteuerung des ersten Kipphebels würde nur der Bremsbetrieb über den zweiten Kipphebel und das Steuerelement umgesetzt. Neben den Zusatznocken könnte eine weitere Steuernocke im Bedarfsfall durch Aktivieren des Stellelements zum Einsatz kommen. Hiermit kann ein Motorsparbetrieb oder Motorhochleistungsbetrieb realisiert werden, der neben der üblichen Form der Steuernocke einer veränderten Form der Steuernocke bedarf.

Weitere Vorteile und Einzelheiten der Erfindung sind in den Patentansprüchen und in der Beschreibung erläutert und in den Figuren dargestellt.

Dabei zeigen:
1 eine schematische Darstellung des Ventilantriebs von oben mit erstem Kipphebel, zweitem Kipphebel und Stellelement;
2 eine schematische Darstellung des Ventilantriebs von der Seite mit erstem Kipphebel, zweitem Kipphebel sowie Steuernocke und Hilfsnocke;
3 eine Prinzipskizze des Kraftflusses zwischen erstem Kipphebel, zweitem Kipphebel, Steuernocke, Hilfsnocke und Zylinderventil.
Der Ventilantrieb 1 gemäß 1 weist im wesentlichen einen ersten Kipphebel 2.1 und einen zweiten Kipphebel 2.2 auf, die schwenkbar auf einer Kipphebelwelle 2 angeordnet sind. Dem ersten Kipphebel 2.1 sind ein erstes Zylinderventil 3.1 und ein zweites Zylinderventil 3.2 zugeordnet, die bei einer Schwenkbewegung des ersten Kipphebels 2.1 um die Kipphebelwelle 2 bzw. deren Mittelachse 2.3 betätigt werden.
Der erste Kipphebel 2.1 und der zweite Kipphebel 2.2 sind hierbei mit Bezug zur Mittelachse 2.3 der Kipphebelwelle 2 hintereinander angeordnet und über ein als Kolben ausgebildetes Stellelement 5 mechanisch koppelbar. Der Kolben 5 ist hierbei innerhalb eines Druckmittelzylinders 9 des zweiten Kipphebels 2.2 verschieblich gelagert. Der Druckmittelzylinder 9 steht über eine Steuerleitung 6 mit einem Steuerventil 7 sowie einem Rückschlagventil 8 in Wirkverbindung. Der Stellkolben 5 liegt mit seiner dem Druckmittelzylinder 9 gegenüberliegenden Stirnseite 5.1 gegen eine Anschlagfläche 5.2 des zweiten Kipphebels 2.2 an bzw. ist gegen diese anlegbar.
Gemäß 1 würde bei geschlossenem Steuerventil 7 eine Betätigung des zweiten Kipphebels 2.2 durch einen Stößel 11 gemäß 2 nach oben zu einer Mitnahme bzw. einer entsprechenden Schwenkbewegung des ersten Kipphebels 2.1 führen. Das im Druckmittelzylinder 9 befindliche Druckmittel könnte weder über das Rückschlagventil 8 noch über das geschlossene Steuerventil 7 abfließen, so dass die Haltestellung des Stellkolbens 5 gemäß 1 gewährleistet ist. Zwischen dem Stellkolben 5 und dem zweiten Kipphebel 2.2 ist ein Rückstellelement 10 angeordnet. Das als Federelement ausgebildete Rückstellelement 10 gewährleistet eine Rückstellbewegung des Stellkolbens innerhalb des Druckmittelzylinders 9 bei geöffnetem Steuerventil 7. Die durch den Stößel 11 bzw. eine Steuernocke 4.1 und zwei Zusatznocken 4.2, 4.3 bzw. Hilfsnocken gemäß 2 generierte Schwenkbewegung des zweiten Kipphebels 2.2 wird über den Stellkolben 5 bei geschlossenem Steuerventil 7 auf den ersten Kipphebel 2.1 und damit auf das erste Zylinderventil 3.1 und das zweite Zylinderventil 3.2 übertragen. Je nach Ansteuerung des Steuerventils 7 kann somit nur ein Teil der durch den zweiten Kipphebel 2.2 ausgeführten Schwenkbewegung auf den ersten Kipphebel 2.1 übertragen werden. Zum Beispiel könnte das Steuerventil 7 nach Durchlaufen des Schwenkdurchgangs, generiert durch die Steuernocke 4.1, geöffnet werden, so dass die durch die Hilfsnocke 4.2 und/oder die Hilfsnocke 4.3 generierte Schwenkbewegung lediglich von dem zweiten Kipphebel 2.2 ausgeführt wird und der erste Kipphebel 2.1 unbetätigt bleibt.
Die Steuernocke 4.1 und die Hilfsnocken 4.2, 4.3 gemäß 2 sind auf einer Nockenbahn angeordnet, d.h. sie bilden gemeinsam eine Nocke. Die durch die Nocke bzw. den Stößel 11 generierte Hubbewegung wird über den zweiten Kipphebel 2.2 und den Stellkolben 5 auf den ersten Kipphebel 2.1 und somit auf das Zylinderventil 3.2 übertragen. Der innerhalb des Druckmittelzylinders 9 angeordnete Stellkolben 5 liegt hierbei an der Anschlagfläche 5.2 des ersten Kipphebels 2.1 an und nimmt diesen bei geschlossenem Steuerventil 7 mit.
Die Steuerleitung 6 ist hierbei zumindest teilweise innerhalb der Kipphebelwelle 2 angeordnet und führt von dieser aus zum Steuerventil 7 bzw. zum Rückschlagventil 8.
Das in 3 dargestellte Prinzipschaubild des Kraftflusses zwischen den einzelnen Antriebsgliedern zeigt die Steuernocke 4.1, die Hilfsnocken 4.2, 4.3, den ersten Kipphebel 2.1, den zweiten Kipphebel 2.2, den Stellkolben 5 sowie die Zylinderventile 3.1, 3.2. Die dargestellten Verbindungslinien zwischen den einzelnen Antriebsgliedern stellen dabei die realisierbaren Formschlussverbindungen dar. Die Steuernocke 4.1 sowie die Hilfsnocken 4.2, 4.3 stehen unmittelbar mit dem zweiten Kipphebel 2.2 in Wirkkontakt. Der zweite Kipphebel 2.2 steht mit dem Druckmittelzylinder 9 und der Druckmittelzylinder 9 über den Stellkolben 5 mit dem ersten Kipphebel 2.1 in Wirkkontakt. Der erste Kipphebel 2.1 wiederum steht unmittelbar mit den Zylinderventilen 3.1, 3.2 in Wirkkontakt bzw. in Kraftschluss.
In einem nicht weiter ausgeführten, gestrichelt dargestellten Ausführungsbeispiel steht die Steuernocke 4.1 unmittelbar mit dem ersten Kipphebel 2.1 und dieser mit den Zylinderventilen 3.1, 3.2 in Wirkkontakt. Lediglich die Hilfsnocken 4.2, 4.3 stehen über den zweiten Kipphebel 2.2, den Druckmittelzylinder 9, den Steuerkolben 5 und den ersten Kipphebel 2.1 mit den Zylinderventilen 3.1, 3.2 in Wirkkontakt.

1: Ventilantrieb
2: Kipphebelwelle
2.1: erster Kipphebel
2.2: zweiter Kipphebel
2.3: Mittelachse
3.1: erstes Zylinderventil
3.2: zweites Zylinderventil
4.1: Steuernocke
4.2: Zusatznocke, Hilfsnocke
4.3: Zusatznocke, Hilfsnocke
5: Stellelement, Kolben
5.1: Stirnseite
5.2: Anschlagfläche
6: Steuerleitung
7: Steuerventil
8: Rückschlagventil
9: Druckmittelzylinder
10: Rückstellelement
11: Stößel

Claims

Ventilantrieb (1) für Kolben-Brennkraftmaschinen mit mindestens einer Steuernocke (4.1), einer Zusatznocke (4.2), einem ersten Kipphebel (2.1) und einem zweiten Kipphebel (2.2), die auf einer Kipphebelwelle (2) schwenkbar gelagert sind, wobei der erste Kipphebel (2.1) mit mindestens einem ersten Zylinderventil (3.1) in Wirkkontakt steht, zumindest die Zusatznocke (4.2) mit dem zweiten Kipphebel (2.2) in Wirkkontakt steht und der zweite Kipphebel (2.2) über ein Stellelement (5) mit dem ersten Kipphebel (2.1) in Kraftfluss bringbar ist, dadurch gekennzeichnet , dass die Steuernocke (4.1) mit dem zweiten Kipphebel (2.2) in Wirkkontakt steht.
Vorrichtung nach Anspruch 1, dadurch gekennzeichnet, dass das Stellelement (5) eine Sperrrichtung aufweist, die der Richtung einer zwischen dem ersten Kipphebel (2.1) und dem zweiten Kipphebel (2.2) wirkenden Sperrkraft entspricht und die Sperrrichtung mit Bezug zu einer Mittelachse (2.3) der Kipphebelwelle (2) senkrecht und mit Abstand zu dieser angeordnet ist.
Vorrichtung nach Anspruch 1, dadurch gekennzeichnet, dass zwischen dem ersten Kipphebel (2.1) und dem zweiten Kipphebel (2.2) ein mit Bezug zu einer Schwenkbewegung auf der Kipphebelwelle (2) durch das Stellelement (5) einstellbarer Leerwinkel α vorgesehen ist.
Vorrichtung nach einem der vorhergehenden Ansprüche, dadurch gekennzeichnet, dass das Stellelement (5) als bewegbarer Kolben ausgebildet und mit einer Steuerleitung (6) sowie einem Steuerventil (7) für Druckmittel verbunden ist.
Vorrichtung nach einem der vorhergehenden Ansprüche, dadurch gekennzeichnet, dass die Steuerleitung (6) ein Rückschlagventil (8) aufweist, dem eine Bypassleitung zugeordnet ist.
Vorrichtung nach einem der vorhergehenden Ansprüche, dadurch gekennzeichnet, dass der Kolben (5) innerhalb eines mit der Steuerleitung verbundenen Druckmittelzylinders (9) bewegbar angeordnet ist und mit einer ersten Stirnseite (5.1) gegen den ersten Kipphebel (2.1) mittel- oder unmittelbar anlegbar ist.
Vorrichtung nach einem der vorhergehenden Ansprüche, dadurch gekennzeichnet, dass dem Kolben (5) innerhalb des Druckmittelzylinders (9) ein der Druckkraft des Druckmittels entgegenwirkendes Rückstellelement (10) zugeordnet ist.
Vorrichtung nach einem der vorhergehenden Ansprüche, dadurch gekennzeichnet, dass der erste Kipphebel (2.1) auf der Kipphebelwelle (2) oder auf dem zweiten Kipphebel (2.2) schwenkbar gelagert ist.
Vorrichtung nach einem der vorhergehenden Ansprüche, dadurch gekennzeichnet, dass der erste Kipphebel (2.1), das Stellelement (5) und der zweite Kipphebel (2.2) eine Baueinheit bilden.
Vorrichtung nach einem der vorhergehenden Ansprüche, dadurch gekennzeichnet, dass wahlweise die Steuernocke (4.1) mit dem ersten Kipphebel (2.1) und die Zusatznocke (4.2) nur mit dem zweiten Kipphebel (2.1) in Wirkkontakt steht.