DE3042018C2

DE3042018C2 - Vorrichtung zur wahlweisen Unterbrechung der Betätigung der Gaswechselventile von Brennkraftmaschinen

Info

Publication number: DE3042018C2
Application number: DE19803042018
Authority: DE
Inventors: Friedrich Dipl.-Ing. Dr. 8938 Buchloe Indra
Original assignee: Audi NSU Auto Union AG
Current assignee: Audi AG
Priority date: 1980-11-07
Filing date: 1980-11-07
Publication date: 1983-01-13
Also published as: DE3042018A1

Description

Die Erfindung betrifft eine Vorrichtung zur wahlweisen Unterbrechung der Betätigung der Gaswechselventile von mindestens einem Zylinder einer mehrzylindri- gen Brennkraftmaschine gemäß dem Oberbegriff des Patentanspruches 1.

Eine derartige Vorrichtung ist der DE-AS 26 47 332 entnehmbar. Diese zeigt eine Nockenwelle mit einem rotationssymmetrischen Abschnitt, auf dem ein hülsenförmig ausgebildeter Nocken drehbar gelagert ist In die Nockenwelle ist eine Ausnehmung eingearbeitet, in der ein radi I verschiebbarer Mitnehmer geführt ist Der Mitnehmer greift in seiner ausgefahrenen S ellung in

ίο eine Ausnehmung des Nockens formschlüssig ein, während in seiner eingefahrenen Stellung der Nocken bzw. die Betätigung des Gaswechselventiles stillgesetzt ist Die Verstellung des Mitnehmers erfolgt hydraulisch über eine Steuervorrichtung.

Die gezeigte Vorrichtung ist im Aufbau jedoch relativ kompliziert, weil je Nocken ein Mitnehmer erforderlich ist Der radial verschiebbare Mitnehmer muß genau eingepaßt sein, um eine spielfreie Mitnahme des Nockens zu gewährleisten, und schwächt zudem

μ aufgrund des erforderlichen Verstellbereiches den Nockenquerschnitt, so daß die Nockenwelle ggf. verstärkt werden muß. Ferner ist die Montage eines inneren Mitnehmers insbesondere bei mehreren, stillsetzbaren Nocken kostenintensiv.

Eine weitere Vorrichtung zur Unterbrechung der Betätigung eines Gaswechselventiles einer Brennkraftmaschine ist in der SE-PS 2 53 260 dargestellt Dabei ist ein das Gaswechselventil betätigender Exzenter starr mit einer Hülse verbunden, welche gegenüber der Steuerwelle verdrehbar ist und zwei radial nach außen abragende Zähne aufweist Diese Zähne gelangen mit einer radial nach innen federnd vorgespannten Klinke in Eingriff, die an einem starr mit der Steuerwelle verbundenen Arm angelenkt ist Die Klinke schwenkt aufgrund der Fliehkräfte oberhalb einer bestimmten Drehzahl so weit nach außen, daß sie außer Formschluß mit den Zähnen der Hülse gerät, wodurch die Betätigung des Gaswechselventiles unterbrochen ist.

Diese Unterbrechung erfolgt jer»och nicht wahlweise, sondern fliehkraft- bzw. drehzahlabhängig. Die Anordnung einer derart kreisförmig um die Hülse rotierende Klinke ist bezüglich des erforderlichen Bauraumes ungünstig: eine wahlweise Unterbrechung der Betätigung des Gaswechselventiles wäre steuerungstechnisch nur schwer verwirklichbar.

Aufgabe der Erfindung ist es, die gattungsgemäße Vorrichtung baulich günstig, robust und hinsichtlich des Teile- und Fertigungsaufwandes einfacher auszubilden. Diese Aufgabe wird erfindungsgemäß mit den

"Ό kennzeichnenden Merkmalen des Palentanspruches 1 gelöst Durch das Vereinen der Nocken je Zylinder zu einer büchsenartigen Baueinheit wird der Teile- und Fertigungsaufwand verringert, weil je Zylinder nur ein Mitnehmer erforderlich ist Durch die stirnseitige Formschlußverbindung zwischen der Baueinheit und der Nockenwelle wird eine robuste, die Nockenwelle kaum schwächende Vorrichtung geschaffen, die zudem insbesondere im Radialbereich um die Nockenwelle keinen zusätzlichen Bauraum benötigt

Es ist zwar aus der DE-PS 5 77 588 eine Zusammen fassung zweier unterschiedlicher, starr mit der Nockenwelle verbundener Nocken zu einer einstückigen Baueinheit bekannt, diese an sich bekannte Zusammenfassung zweier unterschiedlicher Nocken kann jedoch nicht zu einer Vorrichtung mit Ventilabschaltung mit dem im kennzeichnenden Teil des Patentanspruches 1 angegebenen Merkmalen führen. Gemäß Patentanspruch 2 kann die axiale Verschie-

bung der Baueinheit hydraulisch bewirkt werden. Als Mydraulikfluid eignet sich besonders das unter Druck stehende Schmieröl aus dem Schmierölkreislauf der Brennkraftmaschine. Da die Federkraft auf die Baueinheit im Sinne eines Verbindens der Baueinheit mit der Nockenwelle wirkt, ist vorteilhaft sichergestellt, daß beim Starten der Brennkraftmaschine unabhängig vom Hydraulikdruck sofort die Gaswechselventile betätigt werden.

Durch die Merkmale des Patentanspruches 3 wird ohne zusätzliche Steuerungsteile sichergestellt, daß ein Lösen der Baueinheit von der Nockenwelle nur dann erfolgt, wenn beide Gaswechselventile geschlossen sind.

Entsprechend den Merkmalen des Patentanspruches 4 kann die Stillsetzung der Gaswechselventile auch elektromechanisch erfolgen. Diese Lösung kann dann zweckmäßig sein, wenn eine hydraulische Steuerung mit zu viel Aufwand verbunden wäre.

Die Erfindung ist im folgenden anhand mehrerer Ausführungsbeispiele mit weiteren Einzelheiten näher erläutert. Die schematische Zeichnung zeigt in

F i g. 1 eine erfindungsgemäße Vorrichtung im Querschnitt mit einer teilweise dargestellten Nockenwelle und Gaswechselventilen.

F i g. 2 einen Schnitt gemäß Linie I Il I der F ι g. 1.

F i g. 3 eine Ansicht in Richtung des Pfeiles X gemäß F i g. 1 und

Fig.4 ein anderes Ausführungsbeispiel mit einer elektromechanischen Verstellung.

In F i g. 1 ist mit 2 ein teilweise dargestellter Zylinderkopf einer Vierzylinder-Hubkolben-Brennkraftmaschine bezeichnet, in dem eine oben liegende Nockenwelle 4 drehbar gelagert ist. Die Nockenwelle 4 wird in nicht dargestellter Weise von der Kurbelwelle der Brennkraftmaschine angetrieben und betätigt in bekannter Weise über Tassenstößel 6 hängend angeordnete Gaswechselventile 8, 10. Es versteht sich, daß je Zylinder zwei Nocken, zwei Tassenstößel und zwei Gaswechselventile vorgesehen sind. Der nicht dargestellte Bereich d«T Nockenwelle 4 bzw. des Zylinderkopfes 2 ist irr wesentlichen spiegelbildlich gleich dem dargestellten Bereich und steuert die Gaswechselventile der nicht dargestellten Zylinder I und II.

Die Gaswechselventile des Zylinders Hl werden von angeformten Nocken 12, 14 der Nockenwelle 4 gesteuert. An einem mittleren Lagerstuhl 16 wird die Nockenwe'le 4 durch Bunde 18,20 a ial unverschiebbar gehalten. Im Bereich des Zylinders IV ist die Nockenwelle 4 zwischen Lagerstühlen 22, 24 rotationssymmetrisch ausgebildet, wobei ein Lagerzapfen 26 über der. Lagerstuhl Γ*? hinaus verlängert ist und anschließend ein im Durchmesser kleinerer Wellenstummel 28 angesetzt ist. Auf d»n Wellenstummel 28 ist eine Lagerhülse 30 aufgepreßt, welche im Lagerstuhl 24 drehbar aufgenommen ist. In den Lagerstühlen 16,22,24 sind Kanäle 32, 34, 36 für die Zufuhr von Schmieröl eingearbeitet.

Auf den rotationssymmetrischen Bereich der Nokkenwelle 4 ist eine einstückige Baueinheit 38 drehbar und /wischen zwei Endstellungen axial verschiebbar gelagert. Die Baueinheit 38 setzt sich aus einer Büchse 40 und zwei angeformten Nocken 42,44 zusammen. In der linken Endstellung der Baueinheit 38 (siehe F i g. 3) ist eine stirnseitige Ausnehmung 46 der Baueinheit 38 formschlüssig mit einem stiftartigen Mitnehmer 48 im Eingriff. Der Mitnehmer 48 ist in den Lagerzapfen 26 der Nockenwelle 4 eingeschraubt und rag! radial entsprechend der Stärke der Büchse 40 nach außen ab.

In der rechten Endstellung — welche durch den Lagerstuhl 24 begrenzt ist - ist der Mitnehmer 48 auOerhalb der stirnseitigen Rotationsebsne der Baueinheit 38 und diese damit auf der Nockenwelle 4 frei s drehbar bzw. von dieser entkuppelt

Die Büchse 40 ist mittels einer nach innen ragenden Umfangswand 50 auf dem Wellenstumme! 28 gelagert Beiderseits dieser Umfangswand 50 sind zylinderförmige Ausnehmungen 52, 54 gebildet, in die einerseits der

ίο verlängerte Abschnitt des Lagerzapfens 26 und andererseits die Lagerhülse 30 nach Art eines Kolbens hineinragen. Der Lagerzapfen 26 und die Lagerhülse 30 tragen einerseits zu einer stabilen Lagerung der Baueinheit 38 bei und begrenzen zugleich volumenveränderliche Kammern 56,58.

Die Kammer 56 ist über einen durch entsprechende Bohrungen im Lagerzapfen 26 gebildeten Kanal 60 und eine Steuernut 62 (siehe F i g. 2) mit einem gehäuseseitigen Kanal 64 im Lagerstuhl 22 verbunden. Die Steuernut 62 erstreckt sich nur über einen Umfangsbereich von ca. 90° der Nockenwelle 4 und ist derart angeordnet daß sie von der Münouog des Kanales 64 nur dann überdeckt ist. wenn beide Gasw echselventile 8, 10 des Zylinders IV geschlossen sind bzw. wenn beide Tassenstößel 6 im Bereich des Nockengrund!-reises liegen.

In der Kammer 58 ist eine Druckfeder 66 angeordnet, welche sich einerseits über ein Axialkugellager 68 an der radial nach innen abstehenden Umfangswand 50 der Baueinheit 38 und andererseits an einem Federring 70 abstützt. Der Federring 70 ist in einer enisprechenden Umfangsnut an dem Wellenstummel 28 gehalten. Die Druckfeder 66 spannt die Baueinheit 38 in die linke Endstellung(Fig. I)vor.

Zudem ist die Kammer 58 über eine Axialnut 72 und eine Steuernut 74 aer Lagerhülse 30 mit einem Kanal 76 im Lagerstuhl 24 verbunden. Die Steuernut 74 ist bezüglich ihrer Umfangserstreckung gleich der Steuer nut 62 am Lagerzapfen 26 ausgebildet, so daß eine Verbindung zwischen der Kammer 58 und dem Kanal 76 ebenfalls nur dann vorliegt, wenn beide Gaswechselventile 8, 10 des Zylinders IV geschlossen sind.

beide Kanäle 64 bzw. 76 sind an ein Steuerventil 78 angeschlossen, welches in der einen (dargestellten) Endstellung eines Schiebers 80 den Kanal 76 mit der Druckseite der Schmierölpumpe 82 der Brennk-aftmaschine verbindet, während der Kanal 64 mit einem Rücklauf zum Schmierölsumpf 84 verbunden ist. In der anderen Endstellung des Schiebers 80 wird dem Kanal 64 unter Druck stehe ides Schmieröl zugeführt, während der Kanal 76 mit dem Rücklauf verbunden ist.

Der Schieber 80 vird durch ein elektromagnetisches Stellglied 86 betätigt, welches wiederum von eine;n Schaltgerät 88 gesteuert wird. In dem Schaltgerät 88

v. ero-'n unter anderem der öffnungswinkel <t einer die Brennkraftmaschine steuernden Drosselklappe und die Drehzahl η der Brennkraftmaschine derart verarbeitet, daß bei niedrigen Lastzuständen und ggf. im Leerlauf der Brennkraftmaschine ein das Entkuppeln der Baueinheit J8 bewirkendes Signal und bei höheren Lastzuständen ein das Verbinden bewirkendes Signal an das elektromagnetische Stellglied 86 abgegeben wird.

Zum Entkuppeln der Baueinheit ?8 von der Nockenwelle 4 wird dem Kanal 64 unter Druck stehendes Schmieröl zugeführt. Sobald die Steuernut 62 in den Mündungsbenich des Kanales 64 einläuft. pHaii/it sich dieser Druck über den Kanal 60 in die Kammer 56 fort und verschiebt unter Volumenvererößcrunii der

Kammer 56 die Baueinheit 38 in Fig. I in die rechte Endstellung. Dabei wird das in der Kammer 58 befindliche Schmieröl über die Axialnut 72, die Steuernut 74 und den Kanal 76 in den Rücklauf verdrängt Durch die axiale Verschiebung entfernt sich die Ausnehmung 46 von dem Mitnehmer 48 und die Baueinheit 38 bleibt bei geschlossenen Gaswechselventilen 8, 10 abrupt stehen. Dementsprechend ist der Zylinder IV abgeschaltet, während der Zylinder III bei unverändert rotierender Nockenwelle 4 weiterarbeitet. Das gleiche gilt für die nicht dargestellten Zylinder I und II, deren Ventilsteuerung spiegelbildlich gleich ausgebildet ist Es versteht sich, daß auch die kuppelbare Baueinheit des Zylinders I an das Steuerventil 78 angeschlossen ist

Bei einem höheren Lastbereich der Brennkraftmaschine wird das Steuerventil 78 umgeschaltet, so daß nunmehr dem Kanal 76 unter Druck stehendes Schmieröl zugeführt wird. Sobald die Steuernut 74 in der mit der Nockenwelle 4 rotierenden Lagerbüchse 30 in den Mündungsbereich des Kanales 76 einläuft, pflanzt sich dieser Druck in die Kammer 58 fort und verschiebt die Baueinheit 38 in die linke Endstellung. Dabei kommt die Ausnehmung 46 wieder in Eingriff mit dem Mitnehmer 48 und die Gaswechselventile 8, 10 werden wieder betätigt

Das Ab- bzw. Ankuppeln der Baueinheit 38 erfolgt geräuschlos und verschleißfrei, weil während des Kupplungsvorganges nahezu kein Antriebsmoment zu übertragen ist Es versteht sich, daß die Umschaltung des Steuerventil 78 schlagartig erfolgen muß, um den Kupplungsvorgang in kürzester Zeit durchzuführen.

In dem Ausfühningsbeispiel gemäß Fig.4 ist an die axial verschiebliche Baueinheit 38' mit ihren Nocken 42' und 44' eine Schaltmuffe 90 angeformt, in die eine Schaltgabel 92 eingreift. Die Schaltgabel 92 ist auf einem Stift 94 verschiebbar geführt, welcher an einem Gehäuseteil 96 des Zylinderkopfes 2 festgelegt ist. An dem freien Ende der Schaltgabel 92 greift ein elektromagnetisches Stellglied 98 an, welches beispielsweise von einem, wie in der Fig. I gezeigten Schaltgerät 88 angesteuert ist. Dem Schaltgerät 88 wird noch ein Signal von der Zündanlage der Brennkraftmaschine zugeführt, um sicherzustellen, daß ein Kuppelvorgang ebenfalls nur bei geschlossenen Gaswechselventilen erfolgt. Das Ab- und Ankuppeln der Baueinheit 38' zur Nockenwelle 4' erfolgt im übrigen wie im Vorstehendem beschrieben.

In dem Ausführungsbeispiel gemäß den Fig. I bis 3 kann auch eine vereinfachte, hydraulische Betätigung verwirklicht werden, indem die linke Endstellung der Baueinheit 38 nur durch die Kraft der Druckfeder 66 bewirkt wird. Dementsprechend wäre nur der Kanal 64 abwechselnd mit unter Druck stehendem Schmieröl oder mit einem Rücklauf zu verbinden. Das Steuerventil 78 könnte dann einfacher ausgebildet sein. Anstelle von Schmieröl ist selbstverständlich auch jedes andere zur Verfügung stehende Fluid anwendbar.

Hierzu 3 Blatt Zeichnungen

Claims

Patentansprüche:

1. Vorrichtung zur wahlweisen Unterbrechung der Betätigung der Gaswechselventile von mindestens einem Zylinder einer mehrzylmdxigen Brennkraftmaschine mit einer die Gaswechselventile betätigenden Nockenwelle, deren dem mindestens einen abschaltbaren Zylinder zugeordnete Nocken büchsenartig ausgebildet und auf einem rotationssymmetrischen Abschnitt der Nockenwelle drehbar gelagert und mittels eines an der Nockenwelle angeordneten Mitnehmers in Abhängigkeit von bestimmten Betriebsbedingungen der Brennkraftmaschine wahlweise mit der Nockenwelle formschlüssig verbindbar oder von der Nockenwelle lösbar sind, dadurch gekennzeichnet, daß die jeweils einem abschaltbaren Zylinder zugeordneten, büchsenartigen Nocken zu einer einstöckigen Baueinheit (38; 38') zusammengefaßt sind, und daß die Baue;, heit auf der Nockenwelle zwischen zwei Endstellimgen axial verschiebbar ist und an einer Stirnseite eine Ausnehmung (46) aufweist, die den an der Nockenwelle angeordneten Mitnehmer (48) in der einen Endstellung der Baueinheit erhßt und in der anderen Endstellung der Baueinheit freigibt.

2. Vorrichtung nach Anspruch 1. dadurch gekennzeichnet, daß die Baueinheit (38) zumindest in die eine, die Ventilbetätigung unterbrechende Endstellung hydraulisch verschiebbar und in die andere, die Ventilbetätigung bewirkende Endstellung durch Federkraft vorgespannt ist und mit ihrem einen Stirnende auf einem als Kolben wirkenden Lagerzapfen (26) der Nockenwelle (4) und mit ihrem anderen Stirnende aui e-ner auf der Nockenwelle drehfest angeordneten Lager) jlse (30) gelagert ist, und daß die Baueinheit (38) außerhalb ihrer Lagerstellen einen Ringraum mit der Nockenwelle einschließt, der einerseits vom Lagerzapfen (26) und/oder von der Lagerhülse (30) der Nockenwelle und andererseits von einer von der Innenumfangswand der Baueinheit (38) radial nach innen abstehenden und die Nockenwelle umgebenden Umfangswand (SO) begrenzt ist und mindestens eine volumenveränderliche Kammer (56 und/oder 38) bildet, welche über ein Steuerventil (78) wahlweise an den Vor- oder Rucklauf eines unter Druck stehenden Strömungsmittels anschließbar ist.

3. Vorrichtung nach Anspruch 2, dadurch gekennzeichnet, daß die volumenveränderliche Kammer (56,58) mit dem Steuerventil (78) über eine längs des Außenumfanges der Nockenwelle (4) verlaufende Steuernut (62, 74) verbunden ist, die von einem gehäuseseitigen Kanal (64 und/oder 76) nur in einem Umfangsbereich der Nockenwelle überdeckt wird, in welchem beide Gaswechselventile (8, 10) geschlossen sind.

4. Vorrichtung nach Anspruch I, dadurch gekennzeichnet, daß die Baueinheit (38') eine Ringmuffe (90) trägt, in die eine Schaltgabel (92) eingreift und daß die Schaltgabel (92) durch ein elektromagnetisches Stellglied (98) verstellbar ist.