DE3512035A1

DE3512035A1 - Einrichtung zur ventilbetaetigung

Info

Publication number: DE3512035A1
Application number: DE19853512035
Authority: DE
Inventors: Nikolaus Dipl.-Phys. 3300 Braunschweig Saridakis
Original assignee: Volkswagen AG
Current assignee: Volkswagen AG
Priority date: 1984-05-08
Filing date: 1985-04-02
Publication date: 1985-11-14

Description

3180 Wolfsburg

-A-

K 3587 D/1770-we-sch

Einrichtung zur Ventilbetätigung

Die Erfindung bezieht sich auf eine Einrichtung zur Betätigung eines Gaswechselventils einer Hubkolben-Brennkraftmaschine gemäß dem Oberbegriff des Patentanspruchs 1.

Die Gaswechselventile von Hubkolben-Brennkraftmaschinen werden üblicherweise in der Weise betätigt, daß ein dem Ventil zugeordneter Nocken der Nockenwelle über ein beispielsweise als Stößel ausgebildetes übertragungselement auf das von einer Feder in Schließrichtung beaufschlagte Ventil einwirkt, wobei der Stößel in ständigem Kontakt mit dem Nocken der Nockenwelle gehalten wird. Die Öffnungs- bzw. Schließflanken des Nockens bestimmen damit die Öffnungs- und Schließzeit des Ventils, die dabei bezüglich des Kurbelwellenwinkels festliegen.

Nun ist es andererseits bekannt, daß es günstig wäre, zumindest die Schließzeiten des Einlaßventils in Abhängigkeit von dem jeweiligen Betriebszustand der Brennkraftmaschine, insbesondere in Abhängigkeit von deren Drehzahl zu verändern, um so beispielsweise bei niedrigeren Drehzahlen durch relativ frühe Ventilschließzeiten des Einlaßventils eine gute Drehmomentcharakteristik des Motors zu erreichen. Bei höheren Drehzahlen der Brennkraftmaschine würde man dagegen aus Gründen der Leistungssteigerung spätere Schließzeiten anstreben.

Es sind auch schon Einrichtungen bekannt, die eine variable Steuerung der Ventilsteuerzeiten ermöglichen. Diese Einrichtungen zeichnen sich

jedoch durch Kompliziertheit sowie hohen technischen Aufwand aus und sind dabei sehr störungsanfällig.

Die der Erfindung zugrundeliegende Aufgabe besteht dagegen darin, eine möglichst einfache Einrichtung zur Veränderung der Steuerzeiten der Gaswechselventile von Hubkolben-Brennkraftmaschinen zu schaffen, die ohne großen Aufwand durchführbar und daneben betriebssicher ist.

Die Lösung dieser Aufgabe ergibt sich gemäß dem Kennzeichen des Patentanspruchs 1. Durch die Erfindung wird ein Ventilbetätigungssystem offenbart, das zumindest die Ventilschließzeiten in einfacher Veise den jeweiligen Betriebsbedingungen, insbesondere den Drehzahlen der Brennkraftmaschine, anpaßt. Durch Unterteilung des Betätigungsnockens in mehrere Teilnocken sowie durch Zuordnung von mit diesen Teilnocken zusammenwirkenden Übertragungselementen sowie durch unterschiedliche Gestaltung der Schließflanken der Teilnocken und der den Übertragungselementen zugeordneten Schließfedern wird die Möglichkeit geschaffen, das Ventil bei niedrigeren Drehzahlen früher als bei höheren Drehzahlen zu schließen. Dies ergibt sich dabei dadurch, daß das mit der weicheren Feder belastete erste Übertragungselement, das unmittelbar an dem Ventil angreift, nur bis zu einer vorgegebenen Drehzahl in ständigem Kontakt mit dem ersten Teilnocken bleibt, bei höheren Drehzahlen dagegen infolge der Massenträgheit den Kontakt mit dem Teilnocken verliert, so daß das zugeordnete Ventil später schließt als dies die Schließflanke des ersten Teilnockens vorgibt. Die spätestmögliche Schließzeit wird dann von dem zweiten Teilnocken vorgegeben, mit dem das zweite Übertragungselement durch eine entsprechend ausgebildete harte Feder in ständigem Berührungskontakt bleibt und das das erste Übertragungselement zum Schließen des Ventils spätestens mitnimmt.

Weitere zweckmäßige Ausgestaltungen der Erfindung ergeben sich gemäß den Unteransprüchen.

In der Zeichnung sind Ausführungsbeispiele der Erfindung dargestellt, die im folgenden näher erläutert werden. Dabei zeigen

Figur 1 einen Längsschnitt durch eine Ventilbetätigungseinrichtung gemäß der Erfindung,

Figur 2 einen Schnitt durch die Nockenwelle mit einer Draufsicht auf die Teilnocken,

Figur 3 einen Schnitt durch die Übertragungselemente gemäß einer besonderen Ausführungsform der Erfindung,

Figur 4 eine Draufsicht auf dl e Anordnung gemäß der Figur 3 und

Figur 5 einen Schnitt durch eine hydraulische Dämpferanordnung.

In der Figur 1 der Zeichnung ist mit 1 ein Ein- oder Auslaßventil einer herkömmlichen Hubkolben-Brennkraftmaschine bezeichnet mit einem Ventilschaft 2, der über Übertragungselemente 13, 14 von dem Betätigungsnocken 4 einer Nockenwelle 3 betätigt wird. Der Betätigungsnocken 4 besteht dabei aus einer ersten nockenscheibe 5 mit einer Nockenerhebung 6 sowie zu beiden Seiten dieser ersten Nockenscheibe 5 angeordneten zweiten Nockenscheiben Ja. und 7b mit Nockenerhebungen 8a und 8b. Wie näher aus der Figur 2 ersichtlich ist, sollen die Nockenerhebungen 6 bzw. 8 dieser Nockenscheiben 5 und 7 im wesentlichen gleiche Öffnungsflanken 11, aber unterschiedliche Schließflanken 9 "bzw. 10 aufweisen, während ihr Grundkreis 12 wieder gleich ist. Dabei ist die Anr Ordnung der Schließflanken 9 und 10 so getroffen, daß die erste Nockenscheibe 5 eine frühere Ventilschließzeit ergibt als die zweite Nockenscheibe 7· Während mit der ersten Nockenscheibe 5 ein unmittelbar an dem Ventilschaft 2 angebrachtes Stößelteil 13 zusammenwirkt, das von einer sich auf dem Zylinderkopfgehäuse 16 abstützenden inneren Feder 17 belastet wird, arbeiten die zweiten Nockenscheiben Ja und 7b mit einem das Stößelteil 13 umgebenden Ringteil 14 zusammen, das von einer äußeren Feder 18 in Ventilschließrichtung belastet ist. Die Federn 17 und 18 sind dabei so bemessen, daß die das Stößelteil 13 belastende innere Feder 17 relativ schwach ausgebildet ist und zwar so, daß sie das Stößelteil 13 nur bis zu einer vorgegebenen, im unteren Betriebsdrehzahlbereich liegenden Drehzahl mit der ersten Nockenscheibe 5 in ständigem Kontakt hält. Die äußere Feder 18 ist dagegen wesentlich kräftiger, so daß sie das Ringteil I4 auch bis zu höchsten Betriebsdrehzahlen in ständigem Berührungskontakt mit den zweiten Nockenscheiben 7a und 7b hält. Die Trennfuge 15 zwischen dem Stößelteil 13 und dem Ringteil I4 ist im übrigen so ausgebildet, daß das Ringteil 14 das Stößelteil 13 in Ventilschließrichtung mitnehmen kann.

Die beschriebene Anordnung hat nun zur Folge, daß sich je nach Betriebsdrehzahl der Brennkraftmaschine unterschiedliche Ventilschließzeiten ergeben. So wird im Bereich unterer Betriebsdrehzahlen bis zu einer vorgegebenen ersten Grenzdrehzahl die Schließzeit des Ventils 1 durch die Schließflanke der mittleren ersten nockenscheibe 5 festgelegt, an der in diesem Drehzahlenbereich das Stößelteil 13 durch die Feder 17 ständig in Anlage gehalten wird. Bei Überschreiten dieser ersten Grenzdrehzahl, die sich je nach Bemessung der Federkonstanten der inneren Feder I7 sowie der von dieser beaufschlagten Massen des Ventils sowie des Stößelteils 13 ergibt, wird der ständige Kontakt zwischen dem Stößelteil I3 und der Schließflanke der ersten Nockenscheibe aufgehoben, so daß das Ventil im wesentlichen ungeführt und allein unter dem Einfluß der einander entgegen wirkenden Massen- und Federkräfte zum Schließen kommt. Dabei ergibt sich mit größer werdenden Drehzahlen ein immer späteres Auftreffen des Stößelteils 13 auf dem Grundkreis 12 der ersten Nockenscheibe,, das den Schließzeitpunkt des Ventils in etwa bestimmt.

Von einer zweiten Grenzdrehzahl ab, die sich dann ergibt, wenn der SchließZeitpunkt des ungeführten und nur den Massen- und Federkräften ausgesetzten Ventils später liegen würde als der von den Schließflanken 10 der zweiten Nockenscheiben "Ja und "Jb vorgegebene Schließzeitpunkt, wird das Stößelteil I3 von dem Ringteil 14» das aufgrund der Belastung durch die stärkere Feder 18 in ständigem Kontakt mit den Schließflanken 10 der Nockenscheiben 7a, Tb bleibt, mitgenommen. Die Ventilschließzeit wird dann von diesen Schließflanken 10 bestimmt und bleibt später auch bis zu höchsten Drehzahlen auf diesem Wert.

Um günstige Motorbetriebsbedingungen zu erreichen, werden nun die Ventilschließzeiten so festgelegt, daß die Schließflanke 9 der ersten Nockenscheibe 5 eine Schließzeit ergibt,,die für niedrige Drehzahlbereiche von der Leerlaufdrehzahl bis beispielsweise etwa 2000 ΤΓ/min. günstig ist, während die Schließflanken 10 der zweiten Nockenscheiben 7a und 7*> so ausgebildet sind, daß sich eine für höhere Betriebsdrehzahlen günstige späte Ventilschließzeit ergibt, die beispielsweise für den Bereich zwischen etwa 3500 Tj/min. und maximaler Betriebsdrehzahl gilt. Entsprechend wird die Federkonstante der inneren Feder I7 so

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ausgelegt, daß sich eine erste Grenzdrehzahl von etwa 2000 U/min, und eine zweite Grenzdrehzahl von etwa 3500 U/min, ergibt.

Um zu verhindern, daß während des ungeführten Schließens des Ventils, das heißt während des Zeitraums, bei dem der Stößel 13 nicht mehr mit der Schließflanke 9 der ersten Nockenscheibe 5 in Berührungskontakt steht, allzu hohe Aufprallbeschleunigungen auftreten, kann erfindungsgemäß ein die Schließbewegung des Ventils 1 dämpfendes Dämpfungselement vorgesehen sein. Dieses Dämpfungselement kann dabei auf verschiedene Weise ausgeführt sein, zum Beispiel auch durch hydraulische Mittel. In der Zeichnung ist in den Figuren 3 und 4 eine Ausführung gezeigt, die mechanische Mittel in Form einer zwisohen dem Stößelteil 13' und dem Ringteil 14' angeordneten Blattfeder 22 enthält. Dazu weisen das Stößelteil 13' und das Ringteil 14' eine in der Figur 4 in Draufsicht gezeigte, im wesentlichen senkrecht zur Ventilachse verlaufende Ausnehmung 20 bzw. 21 auf, in der die in der Zeichnung aus zwei Blattfederelementen bestehende Blattfeder 22 angeordnet ist. Die Blattfeder kann dabei mittels eines Befestigungsstiftes 23 an dem Stößelteil 13' fixiert sein und ragt mit ihren Endteilen in die Ausnehmung 20 an dem Ringteil I4' hinein. Insbesondere während des ungeführten Schließens des Ventils, wenn also das von der inneren, hier nicht gezeigten Feder belastete Stößelteil 13' nicht mehr in ständigem Kontakt mit der Schließflanke der ersten Nockenscheibe 5 steht, dämpft diese Feder die Schließbewegung des Ventils und verhindert so das Auftreten von allzu großen Aufprallgeschwindigkeiten.

Es sei noch darauf hingewiesen, daß, falls dies erforderlich sein sollte, auch mehrere solcher Blattfedern, beispielsweise auch in senkrecht zueinander verlaufenden Ausrichtungen, vorgesehen werden können. Die Dämpfung läßt sich aber auch, wie oben bereits angedeutet wurde, durch andere Federausbildüngen, aber auch unter Heranziehung von hydraulischen oder anderen Dämpferelementen erreichen.

Die Figur 5 der Zeichnung zeigt ein Beispiel für eine in den Ventilschaft 2 integrierte hydraulische Dämpfereinrichtung, die oberhalb einer Ventilführungshülse 26 angeordnet und insgesamt mit 25 bezeichnet ist. Dabei ist auf dem Ventilschaft 2 ein scheibenförmiger Dämpfer-

kolben 27 befestigt, der gegenüber einer auf dem Zylinderkopfgehäuse 16 gehaltenen, den Ventilschaft 2 umgebenden Zylinderbuchse 28 einen unteren Ringraum 29 und einen oberen Ringraum 30 bildet. Während der untere Ringraum 29 über in einem Halteflansch 35 angeordnete Entlüftungsbohrungen 34 niit dem umgebenden Zylinderkopf raum 36 so verbunden ist, daß bei dem Ventilöffnungshub keine Dämpfung der Bewegung stattfindet, steht der obere,als Dämpferraum wirkende Ringraum 30 mit diesem Zylinderkopfraum 36 über eine Drosselöffnung von definierter Größe in Verbindung. Diese Drosselöffnung wird hier durch einen Ringspalt 33 dargestellt, der zwischen dem Ventilschaft 2 und einer zentrischen Bohrung an einem Dekkel 31 der Zylinderbuchse 28 gebildet ist. Auf der dem Ringraum 30 abgewandten Seite weist der Deckel 31 hier eine trichterförmige Erweiterung zum Auffangen einer bestimmten Menge an hydraulischem Arbeitsmittel, das hier zum Beispiel durch Motoröl gebildet sein kann, auf.

Beim Öffnungshub des Ventils gelangt das in dieser trichterförmigen Erweiterung 32 gesammelte Öl in den oberen Ringraum 30 und bewirkt dort während des Schließhubes des Ventils eine Dämpfung auf dem allerletzten Teil des Ventilhubes. Durch Bemessung des Ringspaltes 33 und der in den oberen Ringraum 30 aus der trichterförmigen Erweiterung 32 angesaugten Ölmenge kann das Maß der damit erreichbaren Ventilaufschlagdämpfung bestimmt werden.

Anstelle der in der Zeichnung gezeigten Ausführung wäre es aber auch möglich, den hydraulischen Dämpfer 25 vollständig mit Öl zu füllen. In diesem Fall könnten beispielsweise am Mantel der Zylinderbuchse 28 angebrachte, direkt zu dem Zylinderkopfraum 36 führende AbSteueröffnungen vorgesehen sein, die durch ihre Lage die Dämpferwirkung, die sich beim Auspressen des Öls aus dem drosselnden Ringspalt 33 einstellt, auf einen vorgegebenen, allerletzten Teil des Ventilschließhubes festlegen.

In der Zeichnung ist die Erfindung anhand einer Ausführung gezeigt, bei der das Ventil von dem Nocken der Nockenwelle über einen Stößel direkt betätigt wird. Selbstverständlich läßt sich die Erfindung

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in analoger Veise auch dort anwenden, wo zur Betätigung der V_entile zusätzlich noch Kipp- oder Schlepphebel verwendet werden. In diesen Fällen müssen diese Zwischenglieder, die dann zu den Übertragungselementen zu zählen sind, in entsprechend geteilter Anordnung vorgesehen sein.

Veiter sei darauf hingewiesen, daß es auch grundsätzlich möglich wäre, mehr als zwei solcher Teilnocken mit unterschiedlichen Schließflanken und zugeordneten mit abgestuften Federkräften belasteten Übertragungselementen in sozusagen geschalteter Bauweise vorzusehen, die jeweils nur bis zu bestimmten Drehzahlen in Kontakt bleiben und die Ventilschließzeit bestimmen und dann von einem nächsten jeweils später schließenden Übertragungselement zum Schließen des Ventils mitgenommen werden. Auf diese Veise könnten mehrere feste Ventilschließzeiten für bestimmte Drehzahlbereiche mit jeweils dazwischen liegenden Drehzahlbereiche mit veränderlichen Ventilschließzeiten erreicht werden.

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- Leerseite -

Claims

AkTlENGESELLf-CHAFT

3180 Wolfsburg

τ«., / 01. April 1985

K 3587 D/i77O-we-sch

ANSPRÜCHE

'Einrichtung zur Betätigung eines Gaswechselventils einer Hubkolben-Brennkraftmaschine mit einem auf einer Nockenwelle starr befestigten Nocken und mit einem mit diesem zusammenwirkenden, an dem Ventil angreifenden Übertragungselement, das durch wenigstens eine Feder in Yentilschließrichtung belastet ist, dadurch gekennzeichnet, daß der Nocken (4) aus Teilnocken (5; 7a, 7b) ^mi"t zumindest unterschiedliche Ventilschließzeiten verursachenden Schließ flanken (9» 10) bestellt, und daß jedem dieser Teilnocken Übertragungselemente (13» 14) zugeordnet sind, wobei ein erstes, mit einem eine relativ frühe Schließzeit bewirkenden ersten Teilnocken (5» 6) zusammenwirkendes Übertragungselement (13) vorgesehen ist, das von einer relativ weichen Feder (17) belastet ist und unmittelbar an dem Ventil (1, 2) angreift, und wobei wenigstens ein zweites, mit einem eine spätere Schließzeit bewirkenden zweiten Teilnocken (7a, Tb; 8a, 8b) zusammenwirkendes Übertragungselement (I4) vorgesehen ist, das von einer relativ harten Feder (18) belastet ist und an dem Ventil (1, 2) über eine in Schließrichtung wirksame Mitnehmerverbindung (I5) angreift.

2. Einrichtung nach Anspruch 1, dadurch gekennzeichnet, daß die dem ersten Übertragungselement (I3) zugeordnete Feder (I7) derart bemessen ist, daß sie das erste Übertragungselement nur bis zu einer vorgegebenen, im unteren Betriebs-Drehzahlbereich liegenden Drehzahl mit dem ersten Teilnocken (5t 6) in Berührungskontakt hält.

ORIGINAL INSPECTED

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* 5· Einrichtung nach Anspruch 1, dadurch gekennzeichnet, daß die

dem zweiten Übertragungselement (14) zugeordnete Feder (18) derart bemessen ist, daß sie das zweite Übertragungselement bis zu höchsten Betriebsdrehzahlen in ständigem Berührungskontakt mit dem zweiten Teilnocken (7a, 7b; 8a, 8b hält).

4. Einrichtung nach Anspruch 1, dadurch gekennzeichnet, daß die dem ersten Teilnocken (5» 6) zugeordnete Schließflanke (9) zur Erzeugung einer im niedrigen Drehzahlbereich günstigen frühen Yentilschließzeit ausgebildet ist.

5. Einrichtung nach Anspruch 1, dadurch gekennzeichnet, daß die dem zweiten Teilnocken (7a, 7b; 8a, 8b) zugeordnete Schließflanke (1O) zur Erzeugung einer im höheren Drehzahlbereich günstigen spaten Ventilschließzeit ausgebildet ist.

6. Einrichtung nach einem der Ansprüche 1 bis 5» dadurch gekennzeichnet, daß der Nocken (4) aus einem mittleren ersten Teilnocken (5, 6) und zwei gleich ausgebildeten, beidseitig neben

Jt dem ersten Teilnocken angeordneten zweiten Teilnocken (7a, 7b;

8a, 8b) besteht.

7. Einrichtung nach einem der Ansprüche 1 bis 6, dadurch gekennzeichnet, daß das erste Übertragungselement aus einem mit dem Ventilschaft (2) verbundenen mittleren Stößelteil (I3) besteht, das von einem das zweite Übertragungselement bildenden Ringteil (14) umgeben ist.

8. Einrichtung nach Anspruch 7» dadurch gekennzeichnet, daß das mittlere Stößelteil (I3) und das dieses umgebende Ringteil (I4) eine derart geformte Trennfuge (I5) aufweisen, daß das Ringteil das Stößelteil in Ventilschließrichtung mitnimmt.

9. Einrichtung nach einem der Ansprüche 1 bis 8, dadurch gekennzeichnet, daß ein Dämpfungselement (I9, 25)zur Dämpfung der Schließbewegung des Ventils (1, 2) vorgesehen ist.

10. Einrichtung nach Anspruch 9» dadurch gekennzeichnet, daß das Dämpfungselement (I9) durch eine zwischen dem Stößelteil (13') und dem Ringteil (14') angeordnete Feder (22) gebildet ist.

11.,Einrichtung nach Anspruch 10, dadurch gekennzeichnet, daß die Feder durch eine Blattfeder (22) gebildet ist, die in einer das Stößelteil (.13') und das Ringteil (Η¹) im wesentlichen senkrecht zur Ventilachse durchdringenden Ausnehmung (20, 21) gehalten ist.

12. Einrichtung nach Anspruch 9» dadurch gekennzeichnet, daß ein zwischen dem Ventilschaft (2) und dem Zylinderkopfgehäuse (16) gebildetes hydraulisches Dämpfungselement (25) vorgesehen ist.

13· Einrichtung nach Anspruch 12, dadurch gekennzeichnet, daß das hydraulische Dämpfungselement (25) einen an dem Ventilschaft (2) befestigten Dämpferkolben (27) aufweist, der gegenüber einer „ an dem Zylinderkopfgehäuse (16) gehaltenen Zylinderbuchse (28) einen mit einem hydraulischen Arbeitsmittel fällbaren, eine Dros- *■ selöffnung (33) aufweisenden Dämpferraum (30) bildet.