DE19637066A1

DE19637066A1 - Ventilbetätigungseinrichtung

Info

Publication number: DE19637066A1
Application number: DE19637066A
Authority: DE
Inventors: Otmar Gellner
Original assignee: MWP MAHLE J WIZEMANN PLEUCO GM
Current assignee: Mahle Ventiltrieb GmbH
Priority date: 1996-09-12
Filing date: 1996-09-12
Publication date: 1998-03-19

Description

Die Erfindung betrifft eine Ventilbetätigungseinrichtung mit Sperrfunktion zwecks Abschaltung eines Ventils nach dem Oberbegriff des Anspruchs 1.

Bei vielen Vorrichtungen zur Zylinderabschaltung durch Ven tilabschaltung ist ein von der Nockenwelle angetriebener Primärhebel mittels eines Verriegelungsmechanismus mit ei nem das Ventil betätigenden Sekundärhebel formschlüssig so verbindbar, daß beide relativ zueinander keinen Freiheits grad aufweisen, so z. B. in der DE-OS 38 00 347 und DE-OS 35 23 531 beschrieben.

Bei Kopplung von Primär- und Sekundärhebel wird das Ventil betätigt, bei entkoppelten Hebeln bleibt das Ventil abge schaltet, Primär- und Sekundärhebel bewegen sich relativ zueinander.

Die Kopplung erfolgt bei Drehzahlen von beispielsweise 3000 l/min, das heißt, daß für den Kopplungsvorgang, der nur bei auf dem Grundkreis der Nockenwelle laufendem Hebel erfolgen kann, ein Zeitraum von ca. 5 Millisekunden zur Verfügung steht. Damit in diesem Zeitraum ein Koppeln mög lich ist, müssen Primär- und Sekundär-Hebel sehr exakt zu einander positioniert sein. Dadurch wird eine hohe Ferti gungspräzision erforderlich und zusätzlich müssen die ein zelnen Bauteile in mehreren Klassen einander zugepaart wer den. Es entsteht also ein deutlicher Kostenfaktor, der bis her jedoch auch in der Serienfertigung in Kauf genommen wurde.

Trotz der hohen Fertigungspräzision ist für ein sicheres Einrasten des Kopplungsbolzens ein Spiel von ca. 5/100 mm erforderlich. Dieses Spiel entspricht einem bestimmten, nicht zu vernachlässigendem Drehwinkel der Nockenwelle. Durch dieses Spiel entstehen bei der Auslegung des Verbren nungsvorgangs Unsicherheiten infolge der unterschiedlichen Öffnungszeiten der Ventile, wodurch insbesondere der Rest gasanteil am Frischgas und der Verbrauch sowie die Abgas emissionen beeinflußt werden.

Die Erfindung beschäftigt sich daher mit dem Problem, eine gattungsgemäße Ventilbetätigungseinrichtung bereitzustel len, die einerseits eine geringere Fertigungspräzision und somit eine Kosteneinsparung ermöglicht und andererseits ein geringes Kopplungsspiel aufweist, wodurch eine exakte Aus legung des Verbrennungsvorgangs ermöglicht wird.

Dieses Problem wird beim gattungsgemäßen Gegenstand durch eine Ausbildung mit den kennzeichnenden Merkmalen des An spruchs 1 gelöst. Vorteilhafte Weiterbildungen sind Gegen stand der Unteransprüche.

Die Erfindung beruht auf dem Grundgedanken, eine form schlüssige Bolzen-Verbindung, die die Übertragung sowohl von Druckkräften als auch von Zugkräften ermöglicht, zu er setzen durch ebene Kopplungsflächen, die im wesentlichen nur Druckkräfte, nicht jedoch Zugkräfte übertragen können. Der Zusammenhalt der Bauteile entgegen der Druckübertra gungsrichtung ergibt sich durch die im Ventiltrieb vorhan denen Federn und ggfs. die hydraulische Spielausgleichsvor richtung.

Am Kopplungsbolzen liegt die ebene Kopplungsfläche vorteil haft im Bereich einer Stirnfläche. Der Kopplungsbolzen ist axial verschiebbar.

Insgesamt ergibt sich durch die Schaffung ebener Kopplungs flächen bei gegen Null gehendem Kopplungsspiel ein deutli cher Kostenvorteil, da

a) derart ebene Kopplungsflächen an Nocken und an He beln sehr wirtschaftlich im Paket hergestellt wer den können
b) Sortierungsmessungen passender Primär- und Sekun där-Hebel entfallen können
c) Lage- und Formtoleranzen der in geometrischer Be ziehung stehenden Funktionsflächen und Bohrungen vergrößert werden können (Nabenbohrung zu Kopp lungsflächen-Rollenlagerbohrung-Gleitschuhfläche)
d) gegenüber den vorbekannten Systemen an mindestens einem Hebel niedriger legierte Werkstoffe einsetz bar sind.

Durch die Schaffung von Anzugsschrägen gemäß Anspruch 4 wird das noch vorhandene Spiel weiter minimiert. Dabei ist der Neigungswinkel der Kopplungsfläche gegenüber der Mit telachse des Kopplungsbolzens so zu wählen, daß noch Selbsthemmung vorhanden ist, also relativ klein, z. B. 3°.

Die Erfindung wird im folgenden anhand von zwei zeichne risch dargestellten Ausführungsbeispielen beschrieben.

Es zeigt:

Fig. 1 die erfindungsgemäße Ventilbetätigungsvor richtung im gekoppelten Zustand (Quer schnitt)

Fig. 2 die erfindungsgemäße Ventilbetätigungsvor richtung im entkoppelten Zustand (Quer schnitt)

Fig. 3 ein zweites Ausführungsbeispiel in einer Ansicht von oben

Fig. 4 das zweite Ausführungsbeispiel im Querschnitt, gekoppelter Zustand.

Ein von einer nicht dargestellten Nockenwelle angetriebener Primärhebel 1, der den Nocken über eine Rolle 2 kontak tiert, ist auf einer Kipphebelwelle 3 gelagert. Der Primär hebel 1 weist eine ebene Kopplungsfläche 4 auf, mit der er die ihm von der Nockenwelle aufgezwungene Bewegung auf ei nen Kopplungsbolzen 5 überträgt, der im wesentlichen zylin drisch ausgebildet ist und an seiner - im gekoppelten Zu stand - der Kopplungsfläche 4 gegenüberliegenden Seite eine Abflachung 4′ aufweist.

Der Kopplungsbolzen 5 ist gleitverschiebbar in einem eben falls auf der Kipphebelwelle 3 gelagerten Sekundärhebel 6 angeordnet und wird von einer Feder 7 in Richtung des Pri märhebels gedrückt. Ist der Kopplungsbolzen 5 wie in Fig. 1 dargestellt ausgefahren, so sind Primärhebel 1 und Sekun därhebel 6 miteinander gekoppelt und die Nockenwelle kann über die Hebel 1 und 6 das Ventil betätigen.

Die Kopplungsflächen zwischen Primärhebel 1 und Kopplungs bolzen 5 sind eben und können eine leichte Anzugsschräge aufweisen, die eine selbsttätige Spielminimierung zur Folge hat. Der Kopplungsbolzen 5 weist eine nicht dargestellte Verdrehsicherung in Form einer Axialführung auf, die ihn in einer das Einkoppeln ermöglichenden Lage hält.

Im gekoppelten Zustand liegt der Primärhebel 1 am Kopp lungsbolzen 5 an und drückt bei entsprechender Position der Nockenwelle den Sekundärhebel 6 gegen die Kraft der Ventil feder nach unten.

Wenn Primärhebel 1 und Sekundärhebel 6 entkoppelt werden sollen (vgl. Fig. 2), so wird ein im Primärhebel 1 gelager ter Schaltkolben 8 hydraulisch ausgefahren, der den Kopp lungsbolzen 5 unter Vorspannung der Feder 7 in den Sekun därhebel 6 drückt. Das zum Ausfahren des Schaltkolbens 8 erforderliche Hydraulikfluid wird dabei über die Kipphebel welle 3 zugeführt. Sobald die ebene Kopplungsfläche 4 die ebene Kontaktfläche 4′ des Kopplungsbolzens 5 nicht mehr kontaktiert, sind Primärhebel 1 und Sekundärhebel 6 entkop pelt und das Ventil wird nicht mehr betätigt. Der Primärhe bel 1 wird weiter durch die Nockenwelle betätigt und schwingt relativ zum feststehenden Sekundärhebel 6. Dabei wird durch den ausgefahrenen Schaltkolben 8 ein Wiederein rasten des Kopplungsbolzens 5 in den Primärhebel 1 verhin dert. Der Schaltkolben 8 gleitet auf einer Lauffläche 9 des Kopplungsbolzens 5. Die gegeneinander gleitenden Laufflä chen von Schaltkolben 8 und Kopplungsbolzen 5 weisen Radien auf, so daß sich eine flächige, verschleißarme Anlage er gibt.

Im entkoppelten Zustand läuft der Sekundärhebel 6 minde stens auf dem Grundkreis des Nockens, da sich ansonsten das üblicherweise am Sekundärhebel 6 angreifende hydraulische Ausgleichselement zu weit ausdehnen könnte.

Sollte bei Abschalten des Motors das Ventil gerade abge schaltet sein, so erfolgt das Wiedereinrasten des Kopp lungsbolzens 5 beim Startvorgang ohne vorherigen Öldruck aufbau allein durch die Kraft der Feder 7. Dies stellt ver glichen mit ähnlichen Ventilabschaltvorrichtungen, bei de nen Primär- und Sekundärhebel nur bei vorhandenem Öldruck gekoppelt sind, einen deutlichen Vorteil dar, da bei diesen die Gefahr besteht, daß beim Startvorgang kein zum Einra sten des Kopplungsbolzens ausreichender Öldruckaufbau er folgt.

Beim zweiten Ausführungsbeispiel ist der Kopplungsbolzen 5 im Primärhebel 1 gelagert und ohne Zwischenschaltung eines Schaltkolbens direkt hydraulisch gegen die Kraft der Feder 7 verschiebbar, wobei auch hier der Kopplungsvorgang durch die Feder und der Vorgang des Entkoppelns hydraulisch in itiiert wird, das heißt, daß der Kopplungsbolzen 5 hydrau lisch in Richtung der Kipphebelwelle 3 und - bei fehlendem Hydraulik-Druck - federgetrieben in Richtung des Sekundär hebels 6 gedrückt wird. Das zum Auskoppeln erforderliche Hydraulik-Fluid wird dem Kopplungsbolzen 5 über die Kipphe belwelle 3 und einen im Primärhebel 1 angeordneten Kanal 10 zugeführt.

Die Kopplungsflächen zwischen Kopplungsbolzen 5 und Sekun därhebel 6 sind gegenüber der Mittelachse des Kopplungsbol zens 5 um wenige Winkelgrad verdreht (Fig. 4), so daß sich beim Verschieben des Kopplungsbolzens 5 in Kopplungsrich tung automatisch eine Spielminimierung ergibt.

Eine Axialführung - schematisch durch einen im Kopplungs bolzen 5 fixierten Stift 11 dargestellt - gewährleistet, daß der Kopplungsbolzen 5 sich nicht in eine das Einkoppeln verhindernde Position verdrehen kann.

Im entkoppelten Zustand wird der Primärhebel 1 durch eine sich am Zylinderkopf abstützende Feder (vgl. Fig. 4 rechts unten) gegen die Nockenwelle gedrückt.

Durch Wegfall des Schaltkolbens 8 ergibt sich beim zweiten Ausführungsbeispiel - verglichen mit dem ersten Ausfüh rungsbeispiel - eine wesentliche Vereinfachung.

Claims

1. Ventilbetätigungseinrichtung mit Sperrfunktion zwecks Abschaltung eines Ventils in einem Verbrennungsmotor mit mindestens einer oben liegenden Nockenwelle mit ei nem von der Nockenwelle angetriebenen Primärhebel (1) und einem das Ventil betätigenden Sekundärhebel (6), die zur Kraftübertragung mittels eines Kopplungsbolzens (5) miteinander koppelbar und in gekoppeltem Zustand um eine gemeinsame Achse (3) schwenkbar sind, wobei der Kopplungsbolzen (5) gegen die Kraft einer Feder (7) verschiebbar in einem der beiden Hebel gelagert ist und im gekoppelten Zustand die zum Öffnen des Ventils not wendige Kraft vom Primärhebel (1) auf den Sekundärhebel

(6) überträgt, dadurch gekennzeichnet, daß mindestens eine Kraftübertragungsfläche zwischen dem Kopplungsbolzen (5) und den Hebeln (1, 6) als ebene Fläche (4, 4′) ausgebildet ist und im Bereich dieser Kraftübertragungsfläche Druckkräfte, nicht jedoch Zug kräfte übertragbar sind.

2. Ventilbetätigungsvorrichtung nach Anspruch 1, dadurch gekennzeichnet, daß die Kraftübertragungsflächen zwischen Primärhebel (1) und Kopplungsbolzen (5) eben ausgebildet sind und daß der Kopplungsbolzen (5) im Sekundärhebel (6) gela gert ist.

3. Ventilbetätigungseinrichtung nach Anspruch 1, dadurch gekennzeichnet, daß die Kraftübertragungsflächen zwischen Sekundärhebel (6) und Kopplungsbolzen (5) eben ausgebildet sind und daß der Kopplungsbolzen (5) im Primärhebel (1) gelagert ist.

4. Ventilbetätigungseinrichtung nach einem der vorherge henden Ansprüche, dadurch gekennzeichnet, daß die ebenen Kontaktflächen (4, 4′) eine Anzugsschrä ge derart aufweisen, daß durch Verschieben des Kopp lungsbolzens (5) in Kopplungsrichtung das Spiel zwi schen Kopplungsbolzen (5) und Primärhebel (1) selbsttä tig minimiert wird.

5. Ventilbetätigungseinrichtung nach einem der vorherge henden Ansprüche, dadurch gekennzeichnet, daß der Kopplungsbolzen (5) mittels einem, im anderen der beiden Hebel gelagerten, hydraulisch betätigbaren Schaltkolben (8) verschiebbar ist.

6. Ventilbetätigungseinrichtung nach Anspruch 5, dadurch gekennzeichnet, daß bei hydraulisch betätigtem Schaltkolben (8) Primär- (1) und Sekundärhebel (6) entkoppelt sind.

7. Ventilbetätigungseinrichtung nach einem der vorherge henden Ansprüche, dadurch gekennzeichnet, daß für den Kopplungsvorgang der Kopplungsbolzen (5) durch die vorgespannte Feder (7) in seine den Primärhe bel (1) mit dem Sekundärhebel (6) koppelnde Position verschiebbar ist.