Schaltbarer Nockenfolger

Die Erfindung betrifft einen Nockenfolger eines Ventiltriebs einer Brennkraftma- schine mit innerer Verbrennung, der wahlweise von zumindest einem Nocken großen und wenigstens einem neben diesem in Nockenwellenrichtung gesehen angeordneten Nocken kleinen Hubes im Öffnungs- und Schließsinn eines Gaswechselventils betätigbar ist, wobei der Nockenfolger aus zumindest zwei relativ zueinander beweglichen und miteinander kuppelbaren Einheiten herge- stellt ist und die Nocken ortsfest zueinander mit gemeinsamem Drehzentrum und ständiger Anlage am Nockenfolger verlaufen.

Ein derartiger Nockenfolger geht aus der DE-42 13 856 hervor. Dieser besteht aus einem kreisringförmigen und einem kreisförmigen Bodenabschnitt, die konzentrisch zueinander angeordnet sind. Ein Nocken kleinen Hubes betätigt dabei den kreisförmigen Bodenabschnitt und je ein in Nockenwellenrichtung neben diesem liegender Nocken größeren Hubes den kreisringförmigen Boden¬ abschnitt. Beide Bodenabschnitte sind für einen Maximalhub des Stößels über Kuppelmittel miteinander kuppelbar. In Nockenwellenrichtung gesehen liegt die Kontur des kleinen Nockens dabei vollkommen innerhalb der Projektion der Kontur des großen Nockens. Zur Erzielung einer optimalen Füllung mit Kraft¬ stoff-Luft-Gemisch, insbesondere bei niedriger Drehzahl/Last der Brennkraft¬ maschine, ist es jedoch vorteilhaft, die Öffnungssteuerzeit des Nockens kleinen Hubes vor die Öffnungssteuerzeit des Nockens großen Hubes zu legen.

Der Erfindung liegt daher die Aufgabe zugrunde, einen Nockenfolger der eingangs genannten Gattung zu schaffen, bei dem die aufgezeigten Nachteile beseitigt sind und bei dem insbesondere mit einfachen Mitteln eine Verlagerung der Öffnungssteuerzeit des kleinen Nockens ohne Beeinflussung der Öffnungs- steuerzeit des großen Nockens geschaffen ist.

Erfindungsgemäß wird diese Aufgabe nach dem kennzeichnenden Teil des Anspruchs 1 dadurch gelöst, daß die beiden Nocken in Umfangsrichtung phasenversetzt angeordnet sind, wobei im Nockenfolger Mittel vorgesehen sind, durch die eine Hubbeeinflussung des kleinen Nockens während einer Kupplung des Nockenfolgers auf den großen Nocken eliminiert ist. In Weiterführung des Anspruchs 1 ist es dabei Gegenstand des Anspruchs 2, daß in einer Bohrung der Führungshülse ein Kolben als Mittel zur Eliminierung der Hubbewegung angeordnet ist, gegenüber dem die Führungshülse relativ axial beweglich vorliegt. Durch diesen axial in der Führungshülse beweglichen Kolben wird der überstehende Hub des kleinen Nockens während einer Kupplung des Nocken- folgers auf den großen Nocken durch eine einfache Axialbewegung kompen¬ siert. Durch den obengenannten Kolben, der auch, wie es in Weiterbildung der Erfindung ausgeführt ist, für eine Kupplung des Nockenfolgers auf den kleinen Nocken arretierbar ist, kann das ladungswechseltechnische Potential des Nok- kenfolgers optimaler, im Gegensatz zum aufgezeigten Stand der Technik, ausgenutzt werden. Somit es es ohne größeren Aufwand möglich, bei kleinerer Drehzahl/Last den Öffnungszeitpunkt des Gaswechselventils vorzuverlegen. Denkbar ist jedoch auch eine nicht näher beschriebene Lösung, bei der die Öffnungssteuerzeit des kleinen Nockens durch eine entsprechende Nocken¬ anordnung nach der Öffnungssteuerzeit des großen Nockens verläuft.

Dadurch, daß der kreisförmige Bodenabschnitt im Grundkreis der Steuernocken und im gekuppelten Zustand der Elemente den kreisringförmigen Bodenab- schnitt nach der hier bevorzugten Ausbildung überragt, ist es möglich, den

kleinen Nocken so auszubilden, daß er in Nockenwellenrichtung gesehen die Außenkontur des großen Nockens nicht überragt. Denkbar und vorgesehen ist jedoch auch eine Variante, bei der beide Bodenabschnitte im Grundkreis der Steuernocken plan zueinander verlaufen. Bei dieser Ausgestaltung wäre es denkbar, daß der kleine Nocken mit seiner Spitze die Außenkontur des jeweili¬ gen großen Nockens wie eingangs dargelegt überragt.

Der Anspruch 3 bezieht sich in Konkretisierung der Erfindung auf die Anord¬ nung der Kuppelelemente im Inneren des Nockenfolgers. Eine Kupplung der Einheiten ist hier über die Kraft einer Druckfeder realisiert, wobei eine Entkupp- lung der Einheiten auf den kleinen Nocken über Hydraulikmitteldruck herge¬ stellt ist. Diese Variante hat beispielsweise den Vorteil, daß auch bei nicht anliegendem Hydraulikmitteldruck ein Öffnen der Gaswechselventile hergestellt ist, sowie, daß ein Notprogramm gefahren werden kann (s. DE-GM 93 15 436.4). Anstatt der verwendeten Druck- bzw. Zugfedern für die Kolben sind auch andere druckausübende Medien geeignet, so beispielsweise magnetische, elektromagnetische oder weitere mechanische. Denkbar ist jedoch auch eine beidseitige Beaufschlagung der Kolben mit Hydraulikmittel. Auf eine separate Hülse zur Aufnahme des Kolbens kann auch verzichtet werden, d. h. der Kolben kann auch unmittelbar in einer Bohrung des kreisringförmigen Boden¬ abschnitts verlaufen. Jedoch müssen dann andere Maßnahmen eines Anschlags für den zentrischen Kolben in der Führungshülse geschaffen werden. Gleichzei¬ tig muß dann auch an andere Maßnahmen zur Verdrehsicherung des zentri¬ schen Kolbens gedacht werden, da diese ansonsten über die Stirnfläche der Hülse hergestellt ist. Durch den nockenseitigen Absatz des zentrischen Kolbens ist gleichzeitig eine Verliersicherung für diesen sowie ein innerer geschlossener Kraftfluß für eine die Führungshülse umschließende Druckfeder, welche an dieser Stelle nicht näher beschrieben werden soll, geschaffen. Die relative Beweglichkeit des zentrischen Kolbens gegenüber der Führungshülse muß dabei

mindestens den Betrag des überstehenden Hubes des kleinen Nockens gegen¬ über dem Hub des großen Nockens aufweisen.

Aus Anspruch 4 geht es hervor, daß im Boden der Hülse des kreisringförmigen Bodenabschnitts zumindest eine Durchgangsbohrung appliziert ist. Diese Durchgangsbohrung erleichtert die Axialbewegung des Kuppelelements im kreisringförmigen Bodenabschnitt, da somit ein unerwünschtes "Aufpumpen" dieses vermieden ist.

Gleichzeitig ist in Ausgestaltung der Erfindung in der Bohrung des zentrischen Kolbens für den ersten Kolben als Kuppelelement ein Anschlagelement vor¬ gesehen. Durch dieses Anschlagelement ist mit einfachen Mitteln eine Wegbe¬ grenzung für den ersten Kolben als Kuppelelement geschaffen.

Des weiteren ist es vorgesehen, die Bohrungen im zentrischen Kolben für den ersten und weiteren Kolben in Umfangsrichtung in etwa um 90° zueinander zu versetzen. Gegebenenfalls ist es auch denkbar, je zwei sich diametral gegen¬ überliegende Bohrungen für den ersten und weiteren Kolben vorzusehen.

Vorteilhaft ist es, wenn der Nockenfolger gleichzeitig, so wie in Anspruch 7 beschrieben, mit einem hydraulischen Spielausgleichselement versehen ist. Dieses hydraulische Spielausgleichselement sowie die Kolben zur Kupplung der Bodenabschnitte können dabei von einer gemeinsamen Zuleitung, ausgehend vom Hemd des kreisringförmigen Bodenabschnitts, versorgt werden. Denkbar und vorgesehen ist es jedoch auch, getrennte Versorgungen für die Kolben sowie das Spielausgleichselement, ausgehend von getrennten Zuführbohrungen durch das Hemd, vorzusehen. Letztere Variante hätte den Vorteil, daß eine Befüllung des Spielausgleichselements unabhängig vom Schaltdruck für die Kolben wäre und bei Wiederbefeuerung oder Erstbefeuerung der Brennkraftma-

schine ein schnellstmöglichstes Füllen eines Vorratsraumes des Spielaus¬ gleichselements mit Hydraulikmittel realisiert wäre.

Der Anspruch 9 betrifft schließlich eine bevorzugte Anordnung des kleinen Nockens mit seiner Spitze in bezug auf die großen Nocken.

Eine Anwendung dieser Erfindung soll sich zwar vorzugsweise auf Ventiltriebe von Brennkraftmaschinen beziehen, jedoch sind auch andere Nockengetriebe denkbar, bei denen eine Umschaltung zwischen zueinander versetzten Nocken- profilen vorteilhaft wäre.

Die Erfindung ist nicht nur auf die Merkmale ihrer Ansprüche beschränkt. Denkbar und vorgesehen sind auch Kombinationen einzelner Anspruchsmerk¬ male und Kombinationen einzelner Anspruchsmerkmale mit dem in den Vor- teilsangaben und zum Ausgestaltungsbeispiel Offenbarten.

Zweckmäßigerweise ist die Erfindung in der Zeichnung dargestellt. Es zeigen:

Figur 1 a einen Längsschnitt durch einen erfindungsgemäßen Nok- kenfolger;

Figur 1 b in einer schematischen Darstellung im Querschnitt den Schnittverlauf der Figur 1 a;

Figur 2 eine allgemeine Ansicht eines Ventiltriebs mit einem erfin¬ dungsgemäßen Nockenfolger.

Figur 3 in einem Diagramm den Ventilhub der Bodenabschnitte durch die Phasenversetzung der Nocken.

Aus Figur 1 kann der Fachmann sich einen Nockenfolger 1 entnehmen. Dieser besteht aus einem kreisringförmigen und einem kreisförmigen Bodenabschnitt 2, 3. Beide Bodenabschnitte 2, 3 sind konzentrisch zueinander angeordnet und relativ zueinander axial beweglich. Ein kleiner Nocken 4 dient dabei zur Beauf- schlagung des kreisförmigen Bodenabschnitts 3, wobei zumindest ein in Nok- kenwellenrichtung gesehen hinter diesem angeordneter großer Nocken 5 zur Beaufschlagung des kreisringförmigen Bodenabschnitts 2 vorgesehen ist (s. auch Figur 2).

Der Stößel 1 ist über ein mit dem kreisringförmigen Bodenabschnitt 2 verbunde¬ nes Hemd 6 in einer Bohrung 7 eines Zylinderkopfes 8 axial beweglich geführt. Der kreisförmige Bodenabschnitt 3 weist hierbei an seiner den Nocken 4, 5 abgewandten Stirnfläche 9 eine hohlzylindrische Führungshülse 10 auf. In einer Bohrung 1 1 der Führungshülse 10 verläuft axial beweglich zu dieser ein zen- trischer Kolben 12. Zugleich verläuft im kreisringförmigen Bodenabschnitt 2 eine Radialbohrung 1 3. In der Radialbohrung 1 3 ist eine dünnwandige Hülse 14 befestigt. Diese Hülse 14 begrenzt radial außen mit ihrem Boden 1 5 die Bohrung 13.

Die Hülse 14 übergreift mit ihrem Außenmantel 16 gleichzeitig Ringflächen 1 7, 18 zwischen dem kreisringförmigen Bodenabschnitt 2 und der Führungshülse 10 sowie zwischen der Führungshülse 10 und dem zentrischen Kolben 1 2. Sie liegt dabei mit ihrer inneren Stirnfläche 19 an einer Anflachung 20 des zen¬ trischen Kolbens 12 zur Verdrehsicherung dieses an. Gleichzeitig ist der zentrische Kolben 1 2 über einen nockenseitigen Absatz 21 in axialer Richtung gegenüber der Hülse 14 gesichert.

Im zentrischen Kolben 12 verläuft weiterhin eine Radialbohrung 22. Diese fluchtet im Grundkreis der Nocken 4, 5 zu der Radialbohrung 1 3 des kreisring- förmigen Bodenabschnitts 2. In der Radialbohrung 22 ist radial innen ein

Anschlagelement 23 für einen in der Radialbohrung 13 des kreisriπgförmigen Bodenabschnitts 2 verlaufenden Kolben 24 als Kuppelelement geschaffen. Der Kolben 24 wiederum ist radial nach innen über die Kraft einer Druckfeder 25 angefedert, welche sich radial außen am Boden 15 der Hülse 14 abstützt. Die Hülse 14 weist gleichzeitig eine Durchgangsbohrung 26 auf. Diese Durchgangs¬ bohrung 26 verhindert die Ausbildung eines unnötigen Luftpolsters zwischen dem Kolben 24 und dem Boden 15 der Hülse 14. Gleichzeitig gestattet die Durchgangsbohrung 26 das Entweichen überschüssigen Hydraulikmittels.

Orthogonal zu der Radialbohrung 22 im zentrischen Kolben 12 verläuft eine weitere Radialbohrung 27. In der Radialbohrung 27 ist ein weiterer Kolben 28 angeordnet. Dieser Kolben 28 wird entgegen Hydraulikmitteldruck über die Kraft zumindest einer Zugfeder 29 in der Radialbohrung 27 gehalten. Gleichzei¬ tig fluchtet im Grundkreis des kleinen Nockens 4 in der Führungshülse 10 eine Bohrung 30 zu der Bohrung 27.

Eine nockenseitige Stirnfläche 31 des zentrischen Kolbens 12 ist mit einer Druckfeder 32 versehen. Die Druckfeder 32 stützt sich anderenends an der Stirnfläche 9 des kreisförmigen Bodenabschnitts 3 ab. Der zentrische Kolben 12 ist dabei mit seiner äußeren Stirnfläche 33 um ein definiertes und später be¬ schriebenes Maß gegenüber der Stirnfläche 9 des kreisförmigen Bodenabschnitts 3 beabstandet.

Da, wie eingangs ausgeführt, der kleine Nocken 4 ph äsen verschoben zum großen Nocken 5 angeordnet ist, d. h. er eilt dem großen Nocken 5 mit seiner Spitze vor, könnte der kleine Nocken 4 bei einer Kupplung des Nockenfolgers auf den großen Nocken 5 die Hubbewegung des Gaswechselventils in un¬ erwünschter Art und Weise beeinflussen. Ist eine Kupplung des Nockenfolgers 1 auf den kleinen Nocken 4 gewünscht, wird Hydraulikmittel über eine Zuführ- bohrung 34 im Hemd 6 des kreisringförmigen Bodenabschnitts 2 über einen

sich in Axialrichtung am Innenmantel 35 des Hemdes 6 erstreckenden Kanal 36, über einen Radialdurchtritt 37, 38, 39, durch einen Axialansatz 40 des kreisring¬ förmigen Bodenabschnitts 2, die Führungshülse 10 und den zentrischen Kolben 12 zu einem zentrischen Vorratsraum 41 , von diesem durch einen Übertritt 53 einer nockenfernen Stirnfläche 42 des zentrischen Kolbens 12 unmittelbar vor eine innere Stirnfläche 43 des Kolbens 24 geleitet. Der Kolben 24 wird somit über Hydraulikmitteldruck radial nach außen in die Hülse 14 soweit geschoben, daß seine innere Stirnfläche 43 mit der inneren Stirnfläche 19 der Hülse 14 fluchtet. Gleichzeitig wird der weitere Kolben 28 über den Hydraulikmitteldruck radial nach außen in die Bohrung 30 der Führungshülse 10 derart verschoben, daß er mit seinem Außenmantel 44 die Ringfläche 18 schneidet. Somit ist ein Formschluß zwischen Führungshülse 10 mit kreisförmigem Bodenabschnitt 3 und zentrischem Kolben 12 hergestellt. Der Nockenfolger 1 folgt der Kontur des kleinen Nockens 4. Gleichzeitig vollzieht der kreisringförmige Bodenabschnitt 2 mit seinen weiteren Bauteilen einen Leerhub im Sinne des großen Nockens 5.

Für eine Kupplung des Nockenfolgers 1 auf den großen Nocken 5 wird mit nachlassendem Hydraulikdruck der erste Kolben 24 mit Teilabschnitten seines Außenmantels 45 in die Radialbohrung 22 des zentrischen Kolbens 12 ver¬ schoben. Gleichzeitig zieht die Zugfeder 29 den Kolben 28 vollständig in seine Radialbohrung 27 des zentrischen Kolbens 12. Die Führungshülse 10 weist im Bereich des Kolbens 24 mit seiner Hülse 14 eine sich längs erstreckende Aus¬ sparung 46 zumindest in der Länge des überstehenden Hubes des kleinen Nockens 4 gegenüber dem großen Nocken 5 auf. Gleichzeitig ist der zentrische Kolben 12 mit seiner äußeren Stirnfläche 33 um das eben beschriebene Maß beabstandet zu der nockenfernen Stirnfläche 9 des kreisförmigen Bodenab¬ schnitts 3 ausgebildet. Durch diese eben beschriebene Anordnung ist zum einen eine einfache Kupplung des Nockenfolgers 1 auf den großen Nocken 5 über den kreisringförmigen Bodenabschnitt 2 geschaffen. Gleichzeitig ist eine relative

Axialbeweglichkeit der Führungshülse 10 mit kreisförmigem Bodenabschnitt 3 gegenüber dem zentrischen Kolben 12 durch die Aussparung 46 hergestellt. Die Druckfeder 32 hält für diesen Schaltzustand dabei den kreisförmigen Boden¬ abschnitt 3 ständig in Nockenanlage und zugleich den zentrischen Kolben 12 auf Anschlag an der Hülse 14.

Um ein unnötiges "Aufpumpen" des sich zwischen kreisförmigem Bodenab¬ schnitt 3 und zentrischem Kolben 12 befindlichen Raumes 47 zu vermeiden, weist der kreisförmige Bodenabschnitt 3 eine Entlüftungsbohrung 48 auf.

Wie eben beschriebener Figur 1 a ebenfalls zu entnehmen ist, ist es vorgesehen, in einer Bohrung 49 des zentrischen Kolbens 12 ein nicht näher beschriebenes hydraulisches Spielausgleichselement 50 anzuordnen. Das Spielausgleichs¬ element 50 ist mit dem oben beschriebenen zentrischen Vorratsraum 41 zur Ölversorgung verbunden bzw. stellt dieser Vorratsraum 41 einen integralen Bestandteil des Spielausgleichselements 50 dar.

Schließlich zeigt die Figur 3 die unterschiedlichen Ventilhübe durch die wahl¬ weise Beaufschlagung des kreisringförmigen und des kreisförmigen Boden- abschnitts 2, 3 im Diagramm. Zu erkennen ist, daß der Ventilhub bei Beauf¬ schlagung durch den kleinen Nocken 4 teilweise außerhalb des Ventilhubes bei Beaufschlagung durch den großen Nocken 5 liegt.

Auf eine weitere Beschreibung des hier vorgestellten Nockenfolgers 1 wird an dieser Stelle verzichtet, weil dies der Fachwelt ohnehin ausreichend bekannt ist.

Bezugszeichen

1 Nockenfolger, Stößel 26 Durchgangsbohrung

2 kreisringförmiger Bodenab¬ 27 Radialbohrung schnitt 28 weiterer Kolben

3 kreisförmiger Bodenabschnitt 29 Zugfeder

4 kleiner Nocken 30 Bohrung 5 großer Nocken 31 Stirnfläche

6 Hemd 32 Druckfeder

7 Bohrung 33 äußere Stirnfläche

8 Zylinderkopf 34 Zuführbohrung

9 Stirnfläche 35 Innenmantel 10 Führungshülse 36 Kanal

1 1 Bohrung 37, 38, 39 Radialdurchtritt

12 zentrischer Kolben 40 Axialansatz

1 3 Radialbohrung 41 Vorratsraum

14 Hülse 42 Stirnfläche 1 5 Boden 43 innere Stirnfläche

16 Außenmantel 44 Außenmantel

1 7 Ringfläche 45 Außenmantel

18 Ringfläche 46 Aussparung

19 Stirnfläche 47 Raum 20 Anflachung 48 Entlüftungsbohrung

21 Absatz 49 Bohrung

22 Radialbohrung 50 Spielausgleichselement

23 Anschlagelement 51 Gaswechsel ventil

24 Kolben 52 Boden 25 Druckfeder 53 Übertritt