DE4300487A1 - Vorrichtung zur Ventilspieleinstellung in variablen Ventilsteuerungen von Brennkraftmaschinen - Google Patents

Description

Die Anmeldung betrifft eine Vorrichtung zur Ventilspieleinstellung in variablen Ventilsteue­ rungen von Brennkraftmaschinen entsprechend dem Oberbegriff des Anspruchs 1.

Mechanische Vorrichtungen zur variablen Betätigung der Ventile unter Verwendung von zwei Wellen sind bereits mehrfach beschrieben worden. In der Offenlegungsschrift DE-OS 35 19 319 wird eine solche Vorrichtung zur variablen Ventilsteuerung für eine Hub­ kolbenbrennkraftmaschine beschrieben. Dort werden allerdings die Funktionen "Öffnen" und "Schließen" nicht jeweils einer der beiden Wellen zugewiesen, sondern die zweite, zu­ sätzliche Welle hat lediglich die Funktion, die Kipphebellagerung vorzeitig abzusteuern, während die Nockenwelle eine konventionelle Hubfunktion mit Öffnungs- und Schließflan­ ke trägt. Daher ist dort auch zum kontrollierten Schließen des Ventils eine hydraulische Ventilbremsvorrichtung erforderlich. Insbesondere aber weist die dort beschriebene Vor­ richtung keine Maßnahme zu Einstellung oder zum Ausgleich des Ventilspiels auf.

Die DE-OS 35 31 000 beschreibt ebenfalls eine Vorrichtung zur mechanischen variablen Betätigung von Ventilen der Brennkraftmaschinen mit Hilfe von zwei Wellen. Dabei handelt es sich jedoch nur um die Beschreibung eines einfachen mechanischen Addierers mit drei Schaltpositionen, ohne daß auf die kennzeichnenden Merkmale der hier beschriebenen Vor­ richtung, insbesondere die Realisierung des hydraulischen Spielausgleichs, eingegangen wird.

Der hydraulische Spielausgleich gehört aber für konventionelle, nicht variabel verstellbare Ventiltriebe in Brennkraftmaschinen zum Stand der Technik und stellt eine wichtige Maß­ nahme dar, um die für den Gaswechsel entscheidenden Steuerpunkte der Ventile bei unter­ schiedlichen thermischen Betriebszuständen und während der gesamten Betriebsdauer der Brennkraftmaschine hinreichend konstant zu halten. Auch bei Brennkraftmaschinen mit va­ riabel verstellbaren Ventiltrieben ist ein hydraulischer Spielausgleich von besonderer Bedeu­ tung, insbesondere wenn die Steuerzeiten der Einlaßventile zur Gemischzumessung und da­ mit zur Laststeuerung der Brennkraftmaschine dienen. Durch die Verwendung eines hydrau­ lischen Spielausgleichers in solchen Ventiltrieben können die Steuerzeiten genauer eingehal­ ten werden und bei Mehrzylinder-Brennkraftmaschinen die Füllungsabweichungen von Zy­ linder zu Zylinder und von Zyklus zu Zyklus minimiert werden. Ein hydraulischer Ventil­ spielausgleich ist vor allem in Ventiltrieben der hier beschriebenen gattungsgemäßen Art er­ forderlich, da diese aufgrund der höheren Teilezahl empfindlicher auf Längenänderungen im Ventiltrieb, beispielsweise verursacht durch Toleranzen, thermische Dehnungen und/oder Verschleiß, reagieren.

Die der hier beschriebenen Erfindung zugrundeliegende Aufgabe besteht somit darin, einen prinzipiell bereits beschriebenen mechanischen Ventiltrieb der gattungsgemäßen Art zur va­ riablen Einstellung von Hub und Öffnungsdauer von Ventilen unter Verwendung von zwei Nockenwellen so zu gestalten, daß die Verwendung konventioneller hydraulischer Spielaus­ gleichselemente zum Ausgleich von Längenänderungen im Ventiltrieb ermöglicht wird.

Diese Aufgabe ist durch die kennzeichnenden Merkmale des Patentanspruchs 1 gelöst. Die grundsätzliche Gestaltung der Vorrichtung ergibt sich aus Fig. 1. Die Vorrichtung besteht aus zwei mit gleicher Drehzahl umlaufenden Nockenwellen (1, 2), deren Kurvenscheiben je­ weils auf geeignet geformte Abgriffskörper (7, 8) wirken, welche mit einem Schwinghebel (3) verbunden sind. Der Schwinghebel (3) überträgt seine Bewegung am Punkt (P3) über ein konventionelles hydraulisches Spielausgleichselement (10) auf ein in Schließrichtung fe­ derbelastetes Hubventil (4) konventioneller Bauweise. Zur seitlichen Führung des Schwing­ hebels dient der Anlenkhebel (5).

Kennzeichnende Merkmale der hier beschriebenen Vorrichtung sind zum einen ein einstell­ barer Anschlag (9), durch welchen der maximale radiale Abstand des Abgriffskörpers (7) von der Nockenwelle (1) begrenzt wird, wobei der Abgriffskörper (7) sowohl als Nocken­ rolle, wie in Fig. 1 beispielhaft dargestellt, als auch als Gleitschuh ausgebildet sein kann, und zum anderen eine Feder (6), durch die eine Kraft auf den Schwinghebel (3) so ausgeübt wird, daß der Schwinghebel (3) gegen die Druckkraft des hydraulischen Spielausgleichsele­ ments (10) am Punkt (P8) des Anschlags (9) zur Anlage kommt, solange der Abgriffskörper (8) die Nockenwelle (2) im Bereich des Grundkreises berührt.

Durch diese Vorrichtung ist sichergestellt, daß ein am Punkt (P3) vorhandenes Ventilspiel vom Spielausgleichselement (10) durch eine entsprechende Verlängerung des Elements in herkömmlicher Weise ausgeglichen wird, wenn sich das Ventil (4) in der geschlossenen Po­ sition befindet. Nach vollendetem Ausgleichsvorgang wird eine weitere, funktionsstörende Verlängerung des Spielausgleichselements (10) durch die Kraft der Feder (6) begrenzt, wel­ che entsprechend dem Anspruch 1 so bemessen ist, daß das Spielausgleichselement (10) den Schwinghebel (3) nicht gegen die von der Feder (6) auf den Schwinghebel (3) ausgeübte Kraft vom einstellbaren Anschlag (9) abheben kann. Umgekehrt ist eine Zusammendrüc­ kung des Spielausgleichselements (10) durch den Schwinghebel, verursacht durch die Kraft der Feder (6), durch den Anschlag (9) begrenzt.

Die Einstellung des Anschlages kann entsprechend dem kennzeichnenden Merkmal des An­ spruches 2 erfolgen. Anhand des in Fig. 2 dargestellten Ausführungsbeispiels soll die Funkti­ onsweise dieser erfindungsgemäßen selbsttätigen Einstellvorrichtung im folgenden näher erläutert werden.

Wenn sich die Nockenwelle (1), wie dargestellt, in einer dem Maximalhub entsprechenden Position befindet, wird das in einer Bohrung geführte und hier beispielhaft als Hülse ausge­ bildete Anschlagteil (11) durch die Feder (13) so gegen eine geeignete Gegenfläche am Schwinghebel (3) gedrückt, daß der Abgriffskörper (7) spielfrei mit der Nockenwelle (1) zur Anlage kommt. Hierbei ist durch geeignete Wahl der Federn (13) und (6) sicherzustel­ len, daß die Kraft der Feder (13) auf das Anschlagteil (11) größer ist als die von der Feder (6) auf das Anschlagteil (11) ausgeübte Kraft. Dreht sich die Nockenwelle (1) nun weiter, so kommt es nach Durchlaufen des Hubkreises zu einer Klaffung zwischen Abgriffskörper (7) und Nockenwelle (1) im Punkt (P6) bzw. zwischen Schwinghebel (3) und Anschlagteil (11) im Punkt (P8). Hierdurch kann die Feder (13) das Anschlagteil (11) weiter aus der Boh­ rung herausdrücken. Dieser Bewegung wirkt das hydraulische Spielausgleichselement (12) konventioneller Bauweise entgegen, welches sich einerseits auf dem Anschlagteil (11) und andererseits über eine Brücke (14) an der festen Umgebung abstützt. Hierdurch kann die Bewegung des Anschlagteils (11) aus der Bohrung heraus nur sehr langsam entsprechend der Einsinkrate des Spielausgleichselementes (12) erfolgen. Die Einsinkrate des Spielausgleichselementes (12) wird unter Berücksichtigung der Kraft der Feder (13) vorteilhafter­ weise so gewählt, daß der Nachstellweg des Anschlagteils (11) während der Dauer der Klaffung sehr gering ist. Im weiteren Verlauf der Drehung der Nockenwelle (1) wird der Schwinghebel (3) von der Nockenwelle (1) wieder in Richtung auf das Anschlagteil (11) be­ wegt, bis der Abgriffskörper (7) die Nockenwelle (1) wieder im Bereich des Hubkreises be­ rührt. Hierdurch wird das Anschlagteil (11) wieder in die Bohrung zurückgedrückt und es entsteht eine Klaffung zwischen Anschlagteil (11) und Spielausgleichselement (12) am Punkt (P9), welche dem Einsinkweg entspricht. Diese Klaffung wird vom Spielausgleichse­ lement (12) jedoch sofort ausgeglichen, so daß wiederum Spielfreiheit hergestellt ist. Die Versorgung des Spielausgleichselements (12) mit Drucköl kann dabei konventionell, bei­ spielsweise über geeignete Ölbohrungen im Gehäuse und Umlaufnuten im Anschlagteil (11), erfolgen.

Die gewünschte Ausgleichsfunktion des hydraulischen Spielausgleichselements (10) wird ebenfalls erreicht, wenn der Anschlag entsprechend dem kennzeichnenden Merkmal des An­ spruchs 3 mit Hilfe einer geeigneten mechanischen Vorrichtung so eingestellt wird, daß zwi­ schen dem Hubkreis der Nockenwelle (1) und dem Abgriffskörper (7) im Punkt (P6) ein mi­ nimales Spiel verbleibt, wenn der Abgriffskörper den maximalen radialen Abstand zur Noc­ kenwelle (1) einnimmt.

Die mechanische Einstellbarkeit des Anschlages kann auf verschiedene Arten realisiert wer­ den, beispielsweise durch eine radial auf die Nockenwelle (1) gerichtet wirkende Schraube (15) entsprechend Fig. 1, durch eine Kombination aus einer Schraube (16) und einer schie­ fen Ebene (17) entsprechend Fig. 3 oder durch einen einstellbaren und geeignet arretierba­ ren Exzenter (18) entsprechend Fig. 4.

Die Einleitung der Federkraft der Feder (6) in den Schwinghebel (3) geschieht vorteilhafter­ weise zumindest angenähert in der Nähe des Abgriffskörpers (7). Hierdurch kann gleichzei­ tig eine sichere Anlage des Abgriffskörpers (8) im Kontaktpunkt (P7) zur Nockenwelle (2) bewerkstelligt werden. Die Feder kann beispielsweise als Druck- oder Zugfeder ausgebildet sein und auch entsprechend Fig. 1 am Anlenkhebel (5) angreifen.

Eine weitere Ausführungsform der Feder ist durch das kennzeichnende Merkmal des An­ spruchs 4, entsprechend Fig. 5, gegeben. Hierbei wird die erforderliche Federkraft durch ei­ ne zwischen dem Abgriffskörper (7), hier beispielhaft als Nockenrolle ausgeführt, und dem Schlepphebel (3) angeordnete Feder (19) aufgebracht. Diese Anordnung ist besonders vor­ teilhaft, da die Feder (19) keine ortsfeste Anlenkung mehr benötigt und gleichzeitig der Ab­ griffskörper (7) immer im Kontakt mit der Nockenwelle (1) bleibt.

Die seitliche Führung des Schwinghebels (3) kann auch entsprechend dem kennzeichnenden Merkmal des Anspruchs 5 so erfolgen, wie in Fig. 6 dargestellt. Hierbei wird der Schwing­ hebel (3) unter Verzicht auf einen Anlenkhebel (5) in einer Geradführung geführt, wobei das die Geradführung tragende Bauteil (20) so verschieblich gestaltet sein kann, daß es gleichzeitig auch den einstellbaren Anschlag entsprechend dem Anspruch 1 bildet.

Eine weitere mögliche Gestaltvariante für die seitliche Führung des Schwinghebels (3) ist durch das kennzeichnende Merkmal des Anspruchs 6 gegeben und in Fig. 7 dargestellt. Hierbei wird die Anlenkung des Schwinghebels im Punkt (P3) als Kreuzkopfführung (21) ausgebildet. Vorteilhafterweise kann in dieses Element auch das hydraulische Spielaus­ gleichselement (10) integriert werden.

Claims (6)

1. Vorrichtung zur Ventilspieleinstellung in variablen Ventilsteuerungen von Brennkraftma­ schinen, insbesondere zur drosselfreien Laststeuerung von Ottomotoren über die Einlaßhub­ funktionen eines oder mehrerer Einlaßventile pro Zylinder, bestehend aus zwei Nockenwel­ len (1, 2), welche über Abgriffskörper (7, 8) und einen Schwinghebel (3) auf das oder die in Schließrichtung federbelasteten Ventile (4) wirken, wobei eine der beiden Wellen die Öff­ nungsfunktion und die jeweils andere Welle die Schließfunktion bestimmt, so daß durch eine relative Verdrehung der Nockenwellen (1, 2) gegeneinander und/oder gegenüber der Kur­ belwelle der Hub und die Steuerzeiten des oder der Ventile in weiten Bereichen verändert werden kann, dadurch gekennzeichnet, daß durch einen einstellbaren Anschlag der maxi­ male radiale Abstand des Abgriffskörpers (7) von der Nockenwelle (1) begrenzt wird, und daß durch eine Feder (6) eine Kraft auf den Schwinghebel (3) so ausgeübt wird, daß der Schwinghebel (3) gegen die Druckkraft des hydraulischen Spielausgleichselements (10) am Punkt (P8) des Anschlags zur Anlage kommt, solange der Abgriffskörper (8) die Nocken­ welle (2) im Bereich des Grundkreises berührt.

2. Vorrichtung gemäß Anspruch 1, dadurch gekennzeichnet, daß die Einstellung des maximalen radialen Abstandes selbsttä­ tig durch ein federbelastetes Anschlagteil (11) und ein auf dieses wirkendes hydraulisches Spielausgleichselement (12) erfolgt.

3. Vorrichtung gemäß Anspruch 1, dadurch gekennzeichnet, daß der maximale radiale Abstand des Abgriffskörpers (7) von der Nockenwelle (1) mechanisch so eingestellt wird, daß zwischen dem Hubkreis der Noc­ kenwelle (1) und dem Abgriffskörper (7) im Punkt (P6) ein minimales Spiel verbleibt, wenn der Abgriffskörper den maximalen radialen Abstand zur Nockenwelle (1) einnimmt.

4. Vorrichtung gemäß der Ansprüche 1 bis 3, dadurch gekennzeichnet, daß der Abgriffskörper (7) verschieblich im Schwinghebel (3) gelagert ist und die Feder (19) zwischen dem Abgriffskörper (7) und dem Schwinghebel (3) angeordnet ist.

5. Vorrichtung gemäß der Ansprüche 1 bis 4, dadurch gekennzeichnet, daß die seitliche Führung des Schwinghebels (3) durch eine ver­ stellbare Geradführung (20) ausgeführt wird, welche gleichzeitig als Anschlag ausgebildet ist.

6. Vorrichtung gemäß der Ansprüche 1 bis 4, dadurch gekennzeichnet, daß die seitliche Führung des Schwinghebels (3) als Kreuzkopf­ führung (21) ausgebildet ist.