10 Ventiitrieb für Ladungswechseiventile, vorzugsweise Einlaßventile von Hub- kolbenbrenπkraftmaschinen

Die Erfindung betrifft Ventiltrieb für Ladungswechseiventile, vorzugsweise Einlaßventile von Hubkolbenbrennkraftmaschinen mit folgendem Aufbau, 15 - einem Ventil sind auf einer Nockenwellle zwei Nocken unterschiedlicher Hubcharakteristik für geringes und größtes Öffnen zugeordnet, wobei am ersten Nocken beidseitig Nockenhäiften des zweiten Nockens angrenzen;

- ein Tassenstößel ist im Zyiinderkopf geführt und steht kraftschlüssig mit den Nockenhälften des zweiten Nockens im Eingriff;

20 - ein zentraler, im Tassenstößel geführter Stößel steht mit dem ersten Nok¬ ken im Eingriff;

- in dem, mit dem Nocken für geringes Öffnen im Eingriff stehenden zentra¬ len Stößel ist eine mechanische oder hydraulische Spielausgleichsvorrich¬ tung angeordnet, die gegen das Ventil abgestützt ist;

25 - eine hydraulisch schaltbare Mitnehmeranordnung ist zwischen dem zen¬ tralen Stößel und dem Tassenstößel angeordnet und weist in einem dieser Stößel radial geführte, verlagerbare Mitnehmer auf, die in Gegeπkonturen des anderen Stößels im Bereich der Grundkreise beider Nocken in Eingriff bringbar sind.

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Vorbekannt sind Ventiltriebe der vorbeschriebenen Gattung mit verstellba¬ rem Hub und zwei Nocken unterschiedlicher Hubcharakteristik durch die Schrift WO 91/124"!3ünd speziell deren Figuren 4 bis 6. Zwischen Tassen¬ stößel und zentralem Stößel ist eine mechanische Mitπehmereinrichtung

35 angeordnet, mittels der beide Stößel koppelbar sind.

ERSATZBLATT

Sie weist im Tassenstößel gelagerte, hydraulisch beaufschlagbare gegen Federkraft radial nach innen schiebbare Mitnehmerstifte auf, die mit einer zur Nockenwelle gerichteten Ringfläche am zentralen Stößel in Eingriff gebracht werden können. Bei unwirksamer Mitnehmereinrichtung wird der geringe Hub vom ersten Nocken und bei wirkender Mitnehmereinrichtung der größte Hub vom zweiten Nocken auf das Ventil übertragen. Das Ineingriffbringen der Mit¬ nehmerstifte in die Ringflächen am zentralen Stößel ist ausschließlich im Bereich des Durchlaufens der Grundkreise beider Nocken möglich. Hierzu muß der Grundkreis des ersten Nockens relativ größer als jener der Nok- kenhälften des zweiten Nockens ausgeführt sein, um ein unbedingt not¬ wendiges Spiel zwischen der Ringfläche am zentralen Stößel und der Ein¬ griffskontur der Mitnehmerstifte zum Ineingriffbringen zu sichern. Dies be¬ dingt im wirksamen Zustand des zweiten Nockens, daß bei jedem Durchlauf des Bereiches der Grundkreise ein Eingriffswechsel zwischen dem ersten Nocken und den Mitnehmerstiften an der zur Nockenwelle gerichteten Ringfläche am zentralen Stößel stattfindet.

Bekannt ist es auch durch Fig. 5 und 6 vorgenannter Schrift den zentralen Stößel mit einem hammerförmigen, über den Tassenstößel hinausragen- den Eingriffskopf zu versehen, dessen Wälzfläche etwa dem Durchmesser des Tassenstößels entspricht und der zwischen den Nockenhälften des Nockens für geringen Hub geführt ist.

Vorbekannt ist durch die US-Patentschrift 5090364, insbesondere durch deren Figuren 8 - 12, eine Stößelanordnung für zwei parallel zu betäti¬ gende Ventile mit einer Mitnehmereinrichtung zum alternativen Umschalten zwischen zwei Nocken unterschiedlicher Hubcharakteristik. Zwischen einem äußeren, mit beiden Ventilen im Eingriff stehenden Stößel und einem in diesem schiebbaren zentralen Stößel ist eine mechanische Mitnehmereinrichtung angeordnet, mittels der beide Stößel koppelbar sind.

Bei unwirksamer Mitnehmereinrichtung wird der geringe Hub von den Hälften eines ersten Nockens und bei wirkender Mitnehmereinrichtung der größte Hub von einem zweiten, zwischen den Hälften des ersten Nocken angeordneten Nocken auf die Ventile übertragen. Die Mitnehmereinrichtung weist in einer zentralen Führung des äußeren Stößels gelagerte, radial nach außen schiebbare Kugeln auf, die mit einer nach innen schrägen, von der Nockenwelle abgewandten Ringfläche am zentralen Stößel in Eingriff gebracht werden können. Das Verlagern und Halten der Kugeln in Eingriffsposition erfolgt mittels eines gegen Federkraft gegen die Hubrichtung durch Druckbeaufschlagen verschiebbaren Sperrschiebers, der in der zentralen Führung des äußeren Stößels zentrisch geführt ist.

Eine Mitnehmereinrichtung der vorgeschriebenen Gestaltung mit im Zen¬ trum angeordneten Sperrelement läßt sich in einem schaltbaren Tassen- Stößel üblicher Dimension mit zylindrischer Außenform, der ein, etwa in seiner Achse angreifendes Ventil unter Zwischenschaltung einer automati¬ schen Spieieinstellung betätigt, nicht einordnen.

Vorbekannt sind durch die Schriften DE 3545537 A1 und DE 3347680 A1 auch Ventiitriebe der eingangs genannten Art, bei denen ein steuer¬ bares hydraulisches Polster zwischen Tassenstößel und zentralem Stößel die Mitnehmereinrichtung bildet.

Der Erfindung liegt die Aufgabe zugrunde, bei Ventiltrieben gemäß dem Oberbegriff der Ansprüche 1, 2 und 3 die Mitnehmereinrichtung in der Weise zu gestalten, daß sie in einem Tassenstößel üblicher Dimension für ein Ventil mit vorzugsweise einem hydraulischen Speilausgleichselement angeordnet werden kann und im Sperrzustand sich selbst zentrierende Mit¬ nehmer aufweist, die einen vollständigen Formschluß zwischen den Stößeln herstellen. Dabei soll der Sperrzustand vorzugsweise mittels aiter- nativer Druckmittelbeaufschlagung der Mitnehmereinrichtung lösbar sein.

Erfindungsgemäß wird die vorstehende Aufgabe durch die im kennzeich¬ nenden Teil der Ansprüche 1 bis 3 genannten Merkmale bei unterschiedli¬ chen Anordnungen der Sperrefemente gelöst

Die Anordnungen der Sperrelemente ergeben im Sperrzustand selbsthem¬ mende Mitnehmereinrichtungen, die in Tassenstößeln üblicher Dimension mit einem zentral angeordneten hydraulischen Spielausgleichselement rea¬ lisierbar sind. Die Ausführungen weisen sämtlich im Sperrzustand form¬ schlüssig und dabei den Sperrzustand zwischen den mitzunehmenden Stößeln zentrierende Mitnehmer auf. Die vorerwähnte Zentrierfunktion er¬ gibt sich durch die konvexen Eingriffskonturen an den Mitnehmern und den konkaven Gegenkonturen - Rillen oder Mulden - an den Stößeln.

Sie ermöglicht auch eine Auslegung des Ventiltriebes gemäß dem kenn¬ zeichnenden Teil des Anspruches 4, die gewährleistet, daß bei wirksamen Nocken für größtes Öffnen ausschließlich an diesem Nocken ein Eingriff erfolgt. Vorteilhaft ist es, wenn die Sperrelemente gemäß dem kennzeichnenden Teil des Anspruches 7 alternativ vermittels Druckmittel verlagerbar sind und nicht gegen Federkraft im Sperrzustand gehalten werden müssen. Für den gesperrten Zustand ergibt sich im Zusammenhang mit der Selbst¬ hemmung der Mitnehmer eine Unempfindlichkeit gegenüber kurzfristigem Druckabfall bei der auf Sperren der Mitnehmer gerichteten Beaufschlagung der Sperrschieber.

Die Vorteile von Ausgestaltungen gemäß der weiteren Ansprüche werden in der Beschreibung genannt. An Hand von Zeichnungen werden nachfolgend Ausführungsbeispiele der Erfindung beschrieben.

Es zeigt:

Fig. 1 einen Längsschnitt durch einen Ventiltrieb mit axial schiebbarem Sperrelement;

Fig. 2 einen Längsschnitt durch einen Ventiltrieb mit tangential angeordneten, schiebbaren Sperrelementen und mit außen¬ liegenden Mitnehmern im zentralen Stößel;

Fig. 3 einen Querschnitt gemäß Schnitt A-A in Fig. 2;

Fig. 4 einen Längsschnitt durch einen Ventiltrieb mit tangential angeordneten, schiebbaren Sperrelementen und mit innen¬ liegenden Mitnehmern imTassenstößel;

Fig. 5 ein Sperrelement, welches außerhalb der Schubebene des Mitnehmers 8 an diesem angreift;

Fig. 6 einen Längsschnitt durch einen Ventiltrieb mit tangential ange¬ ordneten Sperrelementen und mit innenliegenden Mitnehmern einer statischen Ventilspieleinstellanordnung;

Fig. 7 einen Querschnitt gemäß Schnitt B-B Fig. 6;

Fig. 8 einen Ausschnitt aus einem Tassenstößel mit der konkaven Innenkontur und einer mit der Mitnehmerachse korrespondie¬ renden Bohrung;

Fig. 9 eine Draufsicht auf einen Tassenstößei mit einem sich fast über den Tassenstößeldurchmesser erstreckenden Eingriffskopf;

Fig. 10 ein Längsschnitt eines Tassenstößels gemäß Fig. 9;

In Fig. 1 ist ein Ventiltrieb dargestellt, der eine im Zylinderkopf 1 gelagerte Nockenwelle 2 mit je einem Nocken für geringes Öffnen 21 und größtes Öffnen 22 A; 22 B - eines Ventils 3 aufweist.

Die Übertragung von Hubbewegungen von jedem der Nocken 21 ; 22 A; 22 B auf das Ventil 3 erfolgt über einen ersten zentralen Stößel 4 mittels einer Druckhülse 43 und einer in dieser angeordneten hydraulischen Spiel¬ ausgleichsvorrichtung 5 bekannter Art. Sie wirkt in dieser Anordnung spiel- ausgieichend für die jeweils den Ventilhub steuernde Kette von Hubüber- tragungselementen von den Nocken 21 oder 22 A; 22 B.

Der Stößel 4 steht mit dem Nocken 21 im Eingriff und ist in einem im Zy¬ linderkopf 1 geführten ringförmigen Tassenstößel 6 schiebbar gelagert. Er weist eine hydraulisch ansteuerbare Mitnehmeranordnung 7 auf.

Die Mitnehmer 8 sind Kugeln, die in Querbohrungen im zentralen Stößel 4 geführt sind. Im Ringraum zwischen dem Außendurchmesser der Druck¬ hülse 43 und der Innenführung des zentralen Stößels 4 ist ein gegen Fe¬ derkraft hydraulisch verschiebbares Sperrelement 9 gelagert. Eine Verlagerungs- und eine Sperrkontur befinden sich an seiner Außen- fläche. Vermittels dieser Konturen sind die Mitnehmer 8 radial verlagerbar und sperrbar. Der Tassenstößel 6 weist in seiner Führungsbohrung für den Stößel 4 eine konkave Innenkontur 62 - ausgeführt als Ringkontur - in der dem Ventil 3 zugewandten Hälfte seiner Höhe auf, in welche die Mitneh¬ mer 8 im Drehbereich paralleler Grundkreϊse beider Nocken (21 ; 22 A; 22 B) mittels des Sperrelementes 9 in Eingriff gebracht und gesperrt den können. Dargestellt ist der volle Eingriff der Mitnehmer 8 in der Innen¬ kontur 62 des Tassenstößels 6 - Fig. 1 linke Schnitthälfte. Das Sperrele¬ ment 9 ist durch Druckbeaufschlagung des Spannkolbens 11 über eine Feder 12 entgegen der Kraft einer Rückstellfeder 13 verschoben. Die Mit- nehmer 8 - Kugeln - liegen voll an der Sperrkontur des Sperrelementes 9 an. In diesem Zustand ist der Eingriff des Stößels 4 am Nocken 21 aufge¬ hoben. Der Ventilhub wird vom Nocken 22 mit seinen Hälften 22 A; 22 B bestimmt, die mit dem Tassenstößel 6 im Eingriff stehen.

Bei Druckentlastung des Spannkolbens 11 wird die Feder 12 entspannt, und die Rückstellfeder 13 verlagert das Sperrelement 9 nach oben, bei gleichzeitiger Freigabe der Mitnehmer 8 für ein Zurückweichen nach innen - siehe Fig. 1 - rechte Schnitthälfte. Bei nicht wirksamer Mitnehmeranord¬ nung 7, der Ventilhub wird vom Nocken 21 bestimmt, führt der Tassen- Stößel 6 seinen Hub gegen die Kraft einer Feder 10 aus, die gegen den Zyiinderkopf 1 oder aber vorzugsweise gegen den Stößel 4 abgestützt ist. Im letzteren Fall ist die Feder 10 nur für einen Federweg auszulegen, der der Differenz zwischen den Hüben der Nocken 21 und 22 A; 22 B ent¬ spricht. Denkbar wäre es auch, das Sperrelement 9 direkt axial mit Druck zu beaufschlagen, der Spannkolben 11 und die Feder 12 könnten ent¬ fallen (nicht dargestellt).

In Fig. 2 und 3 ist eine prinzipiell ähnliche Ausführung wie in Fig. 1 schema¬ tisiert gezeigt. Die hydraulische Spielausgieichsvorrichtung 5 ist hier jedoch direkt im zentralen Stößel 4 geführt, und die außenliegenden Mitnehmer 8 werden durch vorzugsweise mittels Öldruck tangential schiebbare Sperrelemente 9 verlagert gesperrt.

Fig. 3 zeigt linksseitig den gesperrten Zustand, dabei greifen Mitnehmer 8 in konkave Innenkonturen - kreis- oder kugelsegmentförmige Aussparun¬ gen - des Tassenstößels 6 ein und sind durch die Sperrkontur am Sperr¬ element 9 in dieser Lage blockiert. Rechtsseitig ist der eingriffsfreie Zu¬ stand gezeigt. Die Mitnehmer 8 liegen jeweils in einer entsprechend zurückgenommenen Kontur in ihrem zugehörigen Sperrelement 9 oder können in dieser Lage widerstandsfrei zurückweichen und erstrecken sich nur in ihrer jeweiligen Führungsbohrung im zentralen Stößel 4.

Fig. 4 zeigt schematisiert eine der Fig. 2 und 3 ähnliche Ausführung, die Mitnehmeranordnung 7 ist jedoch mittels im Tassenstößel 6 geführten innenliegenden Mitnehmern 8 und tangential schiebbaren Sperrelemen¬ ten 9 realisiert.

Die Mitnehmer 8 greifen in konkave Außenkonturen am Umfang des zentralen Stößels 4 ein. In Fig. 4 ist linksseitig der Eingriffszustand und rechtsseitig der eingriffsfreie Zustand gezeigt. Die Übertragungsverhält¬ nisse des jeweiligen Hubes von Nocken 21 bzw.22 A; 22 B zum Ventil 3 sind auch für die Fig. 2 bis 4 gleichartig wie zu Fig. 1 beschrieben.

In Fig. 5 ist gezeigt, daß die Sperrelemente 9 nicht in der Schubebene SE, - Mittelebene - der Mitnehmer 8 angreifen müssen, um diese zu ver¬ lagern bzw. zu sperren. Bei derartiger Zuordnung von Mitnehmer 8 und Sperretement 9 weist die Mitnehmeranordnung 7 eine geringere Dimension in der Durchmesserebene auf.

Im Rahmen der Erfindung ist es auch möglich, mittels dreh- oder schwenk¬ barer Sperrelemente die Mitnehmer zu verlagern bzw. zu sperren, um beide Stößel steuerbar zu koppeln (nicht dargestellt).

In Fig. 6 ist ein Ventiltrieb ähnlich der Ausführung gemäß Fig. 4 gezeigt, jedoch hier mit einer statischen Ventilspiel-Einsteilanordnung mit in den zentralen Stößel 4 einfügbarem Distanzstück 14. Die Distanzstücken 14 werden in bekannter Weise in verschiedenen Höhen bereitgestellt und spielabhängig ausgewählt eingefügt.

Fig.6 und 7 zeigen unterschiedliche Mitnehmer 8, linksseitig plattenförmige Mitnehmer 8 und die bereits beschriebenen Mitnehmer 8 ausgeführt als Kugeln rechtsseitig. Der Mitnehmer 81 gleitet in einer Rechteckführung des Tassenstößels 6 und weist eine bogenförmige Kontur für den Eingriff in eine Rille des zen¬ tralen Stößels 4 auf. Gleichermaßen plattenförmig ist das Sperreiement 91 ausgeführt und ebenfalls in einer tangential verlaufenden Rechteckführung schiebbar angeordnet.

Durch wechselseitiges Beaufschlagen des Sperrelementes 91 wird dieses verlagert. Zum Lösen des Eingriffs des Mitnehmers 81 ist ein Beaufschlagen seiner Eingriffskontur gleichzeitig zum entsprechenden Beaufschlagen des Sperrelementes 91 notwendig. Hierzu ist ein in die Eingriffsebene mündender Kanal 20 vorgesehen.

In Fig. 8 ist ein vergrößerter Ausschnitt von einem Tassenstößel 6 dar¬ gestellt, der zeigt, daß die konkave Innenkontur an der zylindrischen Wand des Tassenstößels 6 mit einer durchgehenden Bohrung 63 (für den Mit¬ nehmer 8 - eine Kugel - versehen ist. Mittels dieser Bohrung 63 ist eine genaue Lagezuordnung und Bearbeitung des Mitnehmersitzes möglich. Weiterhin ist bei Verschleiß des Sitzes eine Selbst- bzw. Nachzentrierung durch den Mitnehmer 8 automatisch gegeben. Aus diesem Ausschnitt ist das Zusammenwirken von Mitnehmer 8 und Sperrelement 9, zu erkennen. In dieser Darstellung ist der zentrale Stößel 4 für eine Hubbewegung im Tassenstößel 6 gesperrt.

Auch kann der zentrale Stößel 4 - wie in Fig. 9 und 10 ersichtlich - einen sich quer zur Nockenwelle 2 und ggf. voll über den Durchmesser des Tas¬ senstößels 6 erstreckenden Eingriffskopf 41 aufweisen, welcher der Breite des Nockens 21 für geringes Öffnen angepaßt ist. Der Eingriffskopf 41 durchreicht mit seiner dargestellten Kontur eine entsprechende Öffnung 61 im Tassenstößel 6 bis zur Führung 42 des zentralen Stößels 4 mit der Mit¬ nehmeranordnung 7.

Die Eingriffsflächen der Nocken 21 ; 22 A; 22 B am Tassenstößel 6 und / oder zentralen Stößel 4 bzw. dessen Eingriffskopf 41 können über die Achse C-C dargestellt in Fig. 9 - gleichartig oder unterschiedlich gewölbt angeführt sein, damit können die Eingriffsverhältnisse zwischen den zwei Nocken 21 bzw. dessen Nockenhälften 22 A; 22 B und den Stößeln 4; 6 auf der begrenzten Fläche des Durchmessers vom Tassenstößel 6 in geeigneter Weise gestaltet werden.

Der max. Öffnungshub für das Ventil 3 kann bei beiden Nocken 21 ; 22 A;

22 B gleich oder unterschiedlich sein, jedoch darf der Hub des Nockens 21 in keiner Drehstellung der Nockenwelle 2 größer als Hub der Nockenhälften

22 A; 22 B sein.

Bei solcher Ausführung können beide Nocken 21; 22 einen gleichen maxi- malen Hub, jedoch bei unterschiedlicher Öffnungscharakteristik aufweisen.

Die Federn 10 sind für einen Federweg auszulegen, der der Differenz zwischen den Hüben der Nocken 21 und 22 entspricht.