DE4210567B4 - Variabler Ventiltrieb für ein Hubventil einer Maschine - Google Patents

Abstract

Variabler Ventiltrieb für ein Hubventil einer Maschine, insbesondere ein Ladungswechselventil einer Brennkraftmaschine, das zwischen einer Schließ- und einer Öffnungsstellung entgegen der Kraft einer Ventilfeder über einen inneren Stößel zeitweilig mittels eines auf den inneren Stößel arbeitenden ersten Nockens und zeitweilig mittels zumindest eines zweiten Nockens bewegbar ist, der auf einen den inneren Stößel umschließenden, mit diesem in Abhängigkeit von zumindest einer Betriebsgröße der Maschine zeitweilig mechanisch bewegungsmäßig gekoppelten, in einer Führung verschiebbaren äußeren Stößel arbeitet, wobei alle Nocken synchron betätigt sind sowie hub- und phasenmäßig gleiche Grundkreisbereiche besitzen, dadurch gekennzeichnet, daß zur bewegungsmäßigen Kopplung in der Führung (26) ein radial verschiebbarer Kolben (22, 23) und am äußeren Stößel (6) in Höhe des Kolbens (22, 23) eine quer verschiebbare Kopplungsringscheibe (14) vorgesehen sind, deren Innenrand (17) eine Öffnung für den Durchtritt des inneren Stößels (4) umschließt und dem in der Grundkreisphase der Nocken (5; 7, 8) eine ringförmige Ausnehmung (19) am...

Description

• Die Erfindung betrifft einen variablen Ventiltrieb gemäß dem Oberbegriff des Patentanspruchs 1.
• Ein Ventiltrieb dieses Aufbaus ist aus der DE 35 12 035 A1 in der Weise bekannt, daß an dem inneren Stößel eine verhältnismäßig weiche, dagegen an dem äußeren Stößel eine erheblich stärkere Rückstellfeder angreift, wobei zwecks zeitweiliger Kopplung der beiden Stößel die einander gegenüberstehenden Umfangsflächen derselben so ausgebildet sind, daß der äußere Stößel den inneren Stößel bei einer schnelleren Aufwärtsbewegung hintergreift und mitnimmt. Auf den äußeren Stößel wirken beiderseits des ersten Nockens auf einer gemeinsamen Nockenwelle angeordnete identische zweite Nocken, deren Ventilschließflanken flacher verlaufen als die Schließflanke des ersten Nockens. Die Auslegung der verschiedenen Bestandteile dieses bekannten Ventiltriebs ist so getroffen, daß bei niedrigen Drehzahlen die dem inneren Stößel zugeordnete Feder stark genug ist, um einen dauernden Kontakt zwischen innerem Stößel und erstem Nocken sicherzustellen; bei niedrigen Drehzahlen ist demgemäß der Verlauf des ersten Nockens für die Ventilbewegung auch während der Schließphase allein ausschlaggebend. Bei höheren Drehzahlen dagegen ist die dem inneren Stößel zugeordnete Feder zu schwach, um einen dauernden Kontakt zwischen innerem Stößen und erstem Nocken sicherzustellen. Andererseits ist aber die dem äußerem Stößel zugeordnete Feder stark genug, um einen dauernden Kontakt zwischen diesem Stößel und den zweiten Nocken sicherzustellen. Das bedeutet, daß infolge der be schrieben Ausbildung der beiden Stößel an ihren einander zugekehrten Umfangsflächen bei höheren Drehzahlen der äußere Stößel den inneren Stößel nebst dem mit diesem verbundenen Ventil zumindest während der Schließphase mitnimmt. Jetzt ist aber entscheidend für den Verlauf der Ventilbewegung der Verlauf der Schließflanken der beiden zweiten Nocken.
• Dieser bekannte variable Ventiltrieb besitzt zwar gegenüber anderen, nach diesem Prinzip arbeitenden variablen Ventiltrieben den Vorteil, daß er Druckkammern und Druckmittelkanäle innerhalb der Stößel und damit einen zusätzlichen Druckmittelaufwand einschließlich Leckage vermeidet, gestattet jedoch eine Veränderbarkeit der Ventilsteuerzeiten nur in sehr geringem Umfang, nämlich drehzahlabhängig und nur im Bereich der Schließphase.
• Der Erfindung liegt die Aufgabe zugrunde, einen gattungsgemäßen variablen Ventiltrieb unter Wahrung der vorteilhaften Vermeidung von Druckmittelkammern innerhalb der Stößel zu schaffen, der hinsichtlich der Beeinflussung des Hubverlaufs des Ventils Freiheit bietet, und zwar sowohl was die entsprechende Gestaltung der Nocken als auch die Auswahl der die Variabilität beeinflussenden Parameter anbelangt.
• Die erfindungsgemäße Lösung dieser Aufgabe besteht in den kennzeichnenden Merkmalen des Hauptanspruchs, vorteilhafte Ausbildungen der Erfindung beschreiben die Unteransprüche.
• Selbst wenn bei der Erfindung zur Änderung der Ventilsteuerzeiten ein Druckmittel Einsatz findet, sind entsprechende Kanäle und Druckkammern nicht innerhalb der Ventilstößel, sondern in der äußeren Führung, als beispielsweise einem Zylinderkopf einer Brennkraftmaschine, angeordnet, so daß sich komplizierte Stößelkonstruktionen (die gegebenenfalls auch Rückschlagventile enthalten müssen) und Leckageverluste erübrigen. Dabei wird diese günstige Eigenschaft in keiner Weise durch eine Beschränkung der Veränderbarkeit der Ventilsteuerzeiten auf die Gestaltung bestimmter Nockenflanken oder auf die Wahl spezieller Parameter erkauft; vielmehr bietet die Erfindung hier dieselbe Freiheit wie bekannte, mit einem Druckmittel arbeitende Ventiltriebe dieses Prinzips.
• Ein Ausführungsbeispiel der Erfindung wird im folgenden anhand der Zeichnung erläutert, deren 1 und 3 Längsschnitte und deren 2 und 4 Horizontalschnitte entsprechend II-II in 1 wiedergeben.
• Die 1 und 2 beziehen sich auf den Fall der Entkopplung der beiden Stößel, die 3 und 4 auf den Fall der Kopplung derselben.
• Als wesentliche Bestandteile enthält der dem mit seinem Schaft 1, dem Ventilteller 2 und der Ventilschließfeder 3 in üblicher Anordnung dargestellten Ventil zugeordnete Ventiltrieb den inneren Ventilstößel 4, der mittels des Nockens 5 betätigbar ist, und den den inneren Ventilstößel 4 in Draufsicht umschließenden äußeren Ventilstößel 6, zu dessen Antrieb in symmetrischer Anordnung die beiden Nocken 7 und 8 dienen. Alle Nocken sitzen auf ein und derselben Nockenwelle 9 und haben sich überschneidende Grundkreisphasen; in allen Figuren ist angenommen, daß die Nocken mit ihren Grundkreisen an den Stößeln anliegen. Dagegen sind die Hübe der Nocken 5 einerseits und 7 und 8 andererseits unterschiedlich, so daß je nachdem, welcher der Nocken 5 bzw. 7 und 8 die Bewegung des Ventils 1 bewirkt, dieses Ventil unterschiedliche Hubverläufe ausführt.
• Diese Veränderbarkeit des Ventiltriebs wird dadurch erzielt, daß entweder nur der innere Stößel 4 mit dem ihm zugeordneten mittleren Nocken 5 mit dem Hubventil 1 gekoppelt ist oder aber durch nun zu beschreibende Kopplungsmittel der äußere Stößel 6 mit dem inneren Stößel 4 und damit dem Hubventil 1 verbunden ist.
• Betrachtet man nun die Konstruktion im einzelnen, so liegt auf ebenen umlaufenden unteren Flächen 10 und 11 des äußeren Stößels 6 unter der Wirkung der Kegelfeder 12, die sich an der bundartigen Auflagefläche 13 des inneren Stößels 4 abstützt, die Kopplungsringscheibe 14 auf, die zur Anlage der Feder 12 in radialen Richtungen die Kante 15 besitzt. Da die Kegelfeder 12 ferner auch an der Auflagefläche 13 mittels der Stufe 16 in radialen Richtungen zentriert ist, bewirkt sie nicht nur ein Andrücken der Kopplungsringscheibe 14 in Richtung nach oben an die Auflagenflächen 10 und 11, sondern zugleich die Querausrichtung der Kopplungsringscheibe 14 in der in den 1 und 2 gezeichneten Lage, nämlich so, daß die von ihrem Innenrand 17 umschlossene Öffnung dem Innenstößel 4 die Bewegung entlang seiner Achse 18 ermöglicht. Der Innendurchmesser der Kopplungsringscheibe 14 entspricht demgemäß etwa dem Außendurchmesser des inneren Stößels 4.
• In der den Figuren zugrundegelegten Wirksamkeit der Grundkreisphase der Nocken 5, 7 und 8 steht dem Innenrand 17 der Kopplungsringscheibe 14 die ringförmige Ausnehmung 19 am Außenumfang des inneren Stößels 4 gegenüber. Die Weite dieser Ausnehmung ist so groß bemessen, daß die Kopplungsringscheibe 14 zwecks Herstellung einer formschlüssigen Verbindung in die Ausnehmung 19 eingreifen kann.
• Die ringförmige Ausnehmung 19 nimmt den Ring 20 auf, dessen Außendurchmesser etwas gleich dem Außendurchmesser des inneren Stößels 4 ist, während der Innendurchmesser des Rings 20 größer als der Innendurchmesser der ringförmigen Ausnehmung 19 dimensioniert ist.
• Die Kopplungsringscheibe 14 besitzt auf der linken Seite der Figuren die Gleitfläche 21, auf der unter der Wirkung der zwischen den beiden Kolbenteilen 22 und 23 eingespannten Spreizfeder 24 der Kolbenteil 23 aufliegt. Der Kolben wird in diesem Ausführungsbeispiel mittels des Nockens 25 betätigt. Sobald diese Betätigungskraft eine vorgegebene Größe übersteigt, drückt der Kolben 22, 23 die Kopplungsringscheibe 14 entgegen der Wirkung der Kegelfeder 12 in den Figuren nach rechts (siehe 3 und 4), so daß die Kopplungsringscheibe 14 in einem in den Figuren linken Umfangsbereich der ringförmigen Ausnehmung 19 eingreift und dabei den Ring 20 etwas nach rechts verschiebt, der dann in einem in den Figuren rechten Umfangsbereich teilweise noch innerhalb der ringförmigen Ausnehmung 19, teilweise aber außerhalb derselben unter Abstützung an der Auflagefläche 11 verläuft. Das bedeutet, daß nunmehr eine Kopplung zwischen den beiden Stößeln 4 und 6 erfolgt ist. Während in der Lage der verschiedenen Bauteile in den 1 und 2 nur der innere Nocken 5 bewegungsmäßig mit dem Hubventil 1 gekoppelt war, also die einen größeren Hub besitzenden Nocken 7 und 8 den äußeren Stößel 6 an dem inneren Stößel 4 gleichsam vorbei bewegten, folgen jetzt beide Stößel 4 und 6 infolge der beschriebenen mechanischen Kopplung dem Verlauf der Nocken 7 und 8; der Nocken 5 hebt dabei zeitweise vom inneren Stößel 4 ab.
• Da der Kolben 22, 23 in der Führung 26 für den Ventiltrieb, hier einem Zylinderkopf, angeordnet ist, kann der Antrieb des Kolbens 22, 23 statt mechanisch über den Nocken 25 auch über ein Druckmittel erfolgen, ohne daß Leckageverluste durch den Übertritt aus der Führung 26 in die Stößel 4 und 6 in Kauf genommen werden müssen. Der Zylinderkopf 26 weist als eine in Draufsicht kreisrunde Bohrung zur Aufnahme des äußeren Stößels 6 auf, die, um die Verschiebung der Kopplungsringscheibe 14 zu ermöglichen, in einem dem Kolben 22, 23 gegenüberliegenden Umfangsbereich mit einer Erweiterung 27 versehen ist.
• Infolge der Verwendung rotationssymmetrischer Teile bis hin zum Vorsehen der ringförmigen Ausnehmung 19 sind Relativdrehungen zwischen den Bestandteilen des Ventiltriebs möglich.
• Mit der Erfindung ist demgemäß ein gattungsgemäßer variabler Ventiltrieb geschaffen, der einerseits die Nachteile mit Druckmitteln in den Stößeln arbeitender Ventiltriebe vermeidet, andererseits aber große Freiheit hinsichtlich der Beeinflussung der Ventilsteuerzeiten bietet. Die erfindungsgemäße Konstruktion verlangt auch keine Beschränkung hinsichtlich zusätzlicher Einrichtungen; beispielsweise kann ein gegebenenfalls abgeschlossenes hydraulisches Ventilspielausgleichselement 28 eingesetzt werden.

Claims (9)

1. Variabler Ventiltrieb für ein Hubventil einer Maschine, insbesondere ein Ladungswechselventil einer Brennkraftmaschine, das zwischen einer Schließ- und einer Öffnungsstellung entgegen der Kraft einer Ventilfeder über einen inneren Stößel zeitweilig mittels eines auf den inneren Stößel arbeitenden ersten Nockens und zeitweilig mittels zumindest eines zweiten Nockens bewegbar ist, der auf einen den inneren Stößel umschließenden, mit diesem in Abhängigkeit von zumindest einer Betriebsgröße der Maschine zeitweilig mechanisch bewegungsmäßig gekoppelten, in einer Führung verschiebbaren äußeren Stößel arbeitet, wobei alle Nocken synchron betätigt sind sowie hub- und phasenmäßig gleiche Grundkreisbereiche besitzen, dadurch gekennzeichnet, daß zur bewegungsmäßigen Kopplung in der Führung (26) ein radial verschiebbarer Kolben (22, 23) und am äußeren Stößel (6) in Höhe des Kolbens (22, 23) eine quer verschiebbare Kopplungsringscheibe (14) vorgesehen sind, deren Innenrand (17) eine Öffnung für den Durchtritt des inneren Stößels (4) umschließt und dem in der Grundkreisphase der Nocken (5; 7, 8) eine ringförmige Ausnehmung (19) am Umfang des inneren Stößels (4) zum Kopplungseingriff durch Verschiebung der Kopplungsringscheibe (14) gegen die Federkraft einer Feder (12) gegenübersteht.
2. Ventiltrieb nach Anspruch 1, dadurch gekennzeichnet, daß die Kopplungsringscheibe (14) mit einer Gleitbahn (21) den Kolben (22, 23) abstützt, der zwei zwischen sich eine Spreizfeder (24) einschließende Kolbenteile (22, 23) enthält.
3. Ventiltrieb nach Anspruch 1 oder 2, dadurch gekennzeichnet, daß der Kolben (22, 23) durch den Druck in einer Druckmittelkammer in der Führung (26) verschiebbar ist.
4. Ventiltrieb nach Anspruch 1 oder 2, dadurch gekennzeichnet, daß zur Verschiebung des Kolbens (22, 23) ein Nocken (25) dient.
5. Ventiltrieb nach einem der Ansprüche 1 bis 4, dadurch gekennzeichnet, daß in der ringförmigen Ausnehmung (19) ein Ring (20) querverschiebbar angeordnet ist, dessen Außendurchmesser etwa gleich dem Außendurchmesser des inneren Stößels (4) und dessen innendurchmesser größer als derjenige der ringförmigen Ausnehmung (19), aber nur so groß gewählt ist, daß der Ring (20) während des Kopplungseingriffs der Kopplungsringscheibe (14) mit einem dem Kolben (22, 23) gegenüberliegenden Umfangsbereich noch teilweise innerhalb der ringförmigen Ausnehmung (19) verläuft.
6. Ventiltrieb nach einem der Ansprüche 1 bis 5, dadurch gekennzeichnet, daß der äußere Stößel (6) zumindest einen ebenen, den Nocken (5; 7, 8) abgekehrten Endbereich (10, 11) besitzt, an dem die Kopplungsringscheibe (14) querverschiebbar durch eine Feder (12) abgestützt ist.
7. Ventiltrieb nach Anspruch 6, dadurch gekennzeichnet, daß die Feder (12) zwischen einer Auflage (13) am inneren Stößel (4) und der Kopplungsringscheibe (14) eingespannt ist.
8. Ventiltrieb nach Anspruch 7, dadurch gekennzeichnet, daß der Feder (12) äußere Anschläge (15) an der Kopplungsringscheibe (14) zugeordnet sind, so daß die Feder (12) die Kopplungsringscheibe (14) bei in Entkopplungsstellung befindlichem Kolben (22, 23) in einer den Durchtritt des inneren. Stößels (4) zulassenden Entkopplungsstellung sichert.
9. Ventiltrieb nach Anspruch 8, dadurch gekennzeichnet, daß die Feder (12) eine Kegelfeder ist.