Die Erfindung betrifft eine Steuereinrichtung für ein Einoder Auslaßventil eines Verbrennungsmotors nach dem Oberbegriff des Patentanspruchs 1.
Bei Steuereinrichtungen mit den Merkmalen a bis f des Oberbegriffs des Patentanspruchs 1 können unterschiedliche Ventilsteuerungen geschaltet werden für beispielsweise unterschiedliche Lastzustände oder einen Bremsbetrieb des Motors. Solche Einrichtungen sind in verschiedenartigsten Ausgestaltungen bekannt aus beispielsweise DE 27 53 197 A1, DE 36 13 945 A1, DE 38 00 347 A1, DE 41 36 143 A1, EP 0 775 251 B1, US 5,544,626 und JP 6-88 512 A.
Bei all diesen Einrichtungen, bei denen das Steuerelement eine Nockenwelle ist, müssen die verschiedenen Konturen der Steuerkurven auf den Nockenwellen ineinanderliegen, das heißt innerhalb einer Hüllkurve liegen, die von der Steuerkurve des Steuernockens mit der größten Ausdehnung gegeben ist. Anderenfalls funktionieren diese bekannten Einrichtungen nicht. Bei Systemen wie beispielsweise in EP 0 458 857 B1 wird zwischen verschiedenen Steuerkonturen derart umgeschaltet, daß in einem Schaltzustand mit Spiel eine Standard-Steuerkontur erreicht wird. In einem weiteren Schaltzustand wird durch Spielausgleich das gesamte an der Nockenwelle vorhandene Nockenprofil für die Ventilbewegung aktiviert. Die Zusatz-Steuerkontur wird zugeschaltet, wobei die Standardkontur bei derartigen Systemen nicht abgeschaltet werden kann. Die Steuerkontur ist proportional der gesamten Hüllkurve der Nokkenwelle. Soweit bei der Steuereinrichtung nach EP 0 775 251 B1 eine durch die Steuerkurve des Steuernockens vorgegebene Ventilsteuerung durch zusätzlich mit den Steuernocken zusammenwirkende Hydraulikaggregate veränderbar ist, lassen sich dort keine beliebigen Ventilsteuerungen erzielen. Auch der Hub der Standardbewegung kann nicht abgeschaltet werden.
Ähnliche Steuereinrichtungen mit ähnlichen Nachteilen und teilweise mit insbesondere konstruktiv komplizierten Ausgestaltungen sind zusätzlich bekannt aus DE 32 19 611 A1, FR 27 09 150 A1, FR 27 09 149 A1, US 5564373, JP 55-152308 U und aus JP Patent Abstracts of Japan: 10077815 A, 07317081 A, 0707719 A, 03179115 A, 02252910 A sowie 02095708 A.
Gattungsbildender Stand der Technik, von dem der Oberbegriff des Patentanspruchs 1 abgeleitet ist, ist "MULTI-MODE VARIABLE VALVE TIMING ENGINE", AUTOMOTIVE ENIGNEERING, SOCIETY OF AUTOMOTIVE ENGINEERS. WARRENDALE, US, VOL. 102, NR. 2, PAGE(S) 111-114 XP000426931 ISSN: 0098-2571.
Bei einer gattungsgemäßen Einrichtung beschäftigt sich die Erfindung mit dem Problem, ein einfaches und sicheres Schalten der KEB-Bereiche in einen jeweils kraftübertragenden Zustand zwischen Steuerelement und Ventil zu ermöglichen.
Gelöst wird dieses Problem durch die Ausbildung einer gattungsgemäßen Steuereinrichtung nach den kennzeichenenden Merkmalen des Patentspruchs 1.
Bei der vorgenannten, gattungsbildenden bekannten Einrichtung liegen die KEB-Bereiche jeweils beständig kontaktierend an den zugeordneten Steuerkurvenbereichen des Steuerelementes an, wobei lediglich der nicht kraftübertragende KEB-Bereich derart unfixiert in dem Grundkörper des Stellelementes gelagert ist, dass er, ohne kraftübertragend zu wirken, der Steuerkurve folgen kann. Die erforderliche Verriegelung desjenigen KEB-Bereiches, der gerade kraftübertragend geschaltet ist, erfolgt nicht hydraulisch, sondern mechanisch durch den Eingriff eines Bolzens in den beweglich gelagerten Teil des KEB-Bereiches. Hydraulisch bewegt ist lediglich der Bolzen, dessen Fixierkraft jedoch durch seine Verrastung mechanisch und nicht hydraulisch bedingt ist. Durch die bei jener bekannten Einrichtung gegebene mechanische Verriegelungstechnik für die KEB-Bereiche ist dort ein Schalten lediglich in Bewegungszuständen möglich, in denen der Bolzen und die ihm zugeordnete Verriegelungsbohrung einander zugeordnet sind, was praktisch nur dann möglich ist, wenn die betreffenden, zu schaltenden KEB-Bereich den Grundkreisbereichen der Steuerkurve der Nockenwelle zugeordnet sind. Anderenfalls ist ein Verriegeln zwischen dem den KEB-Bereich jeweils enthaltenen Bauelement und dem Grundkörper des Stellelementes praktisch nicht möglich.
Von der Einrichtung nach US 4,726,332 unterscheidet sich die Erfindung nach dem Patentanspruch 1 durch die Merkmale g, h, i, j und k. Dabei besteht der wesentliche Unterschied insbesondere darin, dass bei jener Einrichtung stets ein Steuerkurvenbereich der Steuerwelle nur dann außer Eingriff gebracht werden kann, wenn Steuerkurven vorliegen, die nicht in die Hüllkurve der vorgenannten Steuerkurve fallen. Dies ist gegenüber der Lehre nach der Erfindung ein gravierender Nachteil, wodurch jene bekannte Einrichtung das erfindungsgemäße Problem nicht löst.
Das gleiche gilt mit Bezug auf die Einrichtung nach US 5,042,437, bei der ebenfalls stets ein nicht gegenüber einer zugeordneten Steuerkurve der Steuerwelle außer Eingriff bringbarer KEB-Bereich vorhanden ist.
Vorteilhafte und zweckmäßige Ausgestaltungen der Erfindung sind Gegenstand der Unteransprüche.
Wird zwischen Steuerelementen mit unterschiedlichen Steuerkurven und dem zu steuernden Ventil ein Stellelement eingesetzt, dessen Angriffspunkte gegenüber den Steuerkurven und dem Ventil möglichst beliebig untereinander variabel verstellbar sind, können beliebige unterschiedliche Zuordnungen zueinander eingestellt werden. Auf diese Weise lassen sich beliebige Ventilsteuerungen auf einfach Weise erzielen. Als Steuerelement kann eine Nockenwelle mit unterschiedlichen Steuerkurven eingesetzt werden oder es können auch mehrere Nockenwellen mit jeweils unterschiedlichen Steuerkurven verwendet werden. Bei der Verwendung mehrerer Nockenwellen als Steuerelement erhöht sich die Variabilität der möglichen Ventilsteuerungen. So können insbesondere mit unterschiedlicher Geschwindigkeit rotierende Nockenwellen eingesetzt werden.
Als Schaltmittel werden Hydraulikaggregate eingesetzt. Der Einsatz von Hydraulikaggregaten hat den Vorteil, dass in diese die Kraftübertragungsbereiche des Stellelementes gegenüber dem Steuerelement einerseits und/oder dem Ventil andererseits integriert werden können. Damit können in diese Hydraulikaggregate auf einfache Weise die bei Motorventilsteuerungen an sich bekannten Venitlspielausgleichsmaßnahmen integriert werden.
Als Stellelemente können vorteilhafterweise Schlepp- oder Kipphebel eingesetzt werden. Möglich ist auch der Einsatz eines lediglich translatorisch bewegbaren Stellelementes. Die Kraftübertragung erfolgt vorzugsweise auf das Ende eines Ventilschaftes beziehungsweise bei der Betätigung mehrerer Ventile auf ein Zwischenelement wie beispielsweise eine Ventilbrücke.
Zweckmäßige und vorteilhafte Ausgestaltungen der Erfindung sind in der Zeichnung dargestellt.
Es zeigen.
Eine Nockenwelle 1 als Steuerelement wirkt auf einen als Stellelement dienenden Schlepphebel 2 ein, der wiederum die Bewegung des nicht dargestellten Ventiles eines Verbrennungsmotors steuert. Das nicht dargestellte Motorventil ist federbelastet, derart, daß das Ventilschaftende durch die Ventilfederkraft an den Schlepphebel 2 angedrückt wird. Der Bereich des Schlepphebels 2, mit dem der Schlepphebel auf das Ventilschaftende einwirkt wird nachfolgend als Kraftübergabe-Bereich (KÜB) bezeichnet und ist in der Zeichnung mit dem Bezugszeichen 3 markiert.
Die Nockenwelle 1 besitzt in axialer Richtung voneinander abweichende, aneinandergrenzende Steuerkonturen 4, 5. Diesen Steuerkonturen 4, 5 sind an dem Schlepphebel 2 Kontaktbereiche zugeordnet, die nachfolgend als Krafteinleitungsbereiche (KEB) bezeichnet sind und in der Zeichnung markiert sind mit Primär-KEB-Bereich 6 und Sekundär-KEB-Bereich 7. Der Primär-KEB-Bereich 6 besteht aus einer in einer festen Position innerhalb des Schlepphebels 2 drehbar gelagerten Primärrolle 8.
Den Sekundär-KEB-Bereich 7 bildet eine innerhalb eines Stößels 9 eines Hydraulikaggregates 10 drehbar gelagerte Sekundärolle 11. Der KÜB-Bereich 3 ist in einen Kolben 12 eines weiteren Hydraulikaggregates 13 integriert. Die Hydraulikaggregate 10 und 13 sind über eine hydraulische Schalteinrichtung über einen Verbindungskanal 14 (Fig. 2, 3) hydraulisch miteinander verbunden. Innerhalb dieses. Verbindungskanales 14 befinden sich in der Zeichnung nicht dargestellte hydraulische Steuerventile zur Aktivierung der Hydraulikaggregate, wozu der Verbindungskanal 14 auch noch mit einer hydraulischen Druckquelle und einer nicht dargestellten Steuerleitung verbunden ist.
Schwenkbar ist der Schwenkhebel 2 um eine Gelenkachse 15.
Die vorstehend beschriebene Steuereinrichtung funktioniert wie folgt.
Soll die Steuerkurve 4 maßgebend für die Ventilsteuerung sein, so ist der Stößel 9 mit der Sekundärrolle 11 in dem Hydraulikaggregat 10 eingefahren und der Kolben 12 des Hydraulikaggregates 13 ist auf ein einrichtungsmäßig vorbestimmtes Maß vollständig ausgefahren und hydraulisch verriegelt. Durch den Federdruck, unter dem der Ventilschaft des Motorventils steht, greift der Schlepphebel 2 über die Primärrolle 8 an der Steuerkontur 4 der Nockenwelle 1. Durch eine hydraulische Verriegelung des Kolbens 12 in dem Hydraulikaggregat 13 wird das Motorventil über den Schlepphebel 2 in einer ersten Schaltstellung nach der Steuerkontur 4 der Nockenwelle 1 gesteuert.
Soll das Motorventil nach der Steuerkontur 5 der Nockenwelle 1 gesteuert werden, so wird mit Hilfe der nicht dargestellten hydraulischen Steuerventile als Schaltmittel der Stößel 9 des Hydraulikaggregates 10 einrichtungsmäßig voll ausgefahren und der Kolben 12 des Hydraulikaggregates 13 einrichtungsmäßig vollständig eingefahren. Bei hydraulischer Arretierung des Stößels 9 und des Kolbens 12 in diesen Positionen steuert der Schlepphebel 2 das Motorventil nach der Steuerkontur 5, an der die Sekundärrolle 11 des Stößels 9 angreift. Diese Steuerung entspricht einer zweiten Schaltstellung im Vergleich zur zuvor beschriebenen ersten Schaltstellung des Schlepphebels.
Stellelemente von Motorventilen, die von einer Nockenwelle angetrieben werden, besitzen in der Regel einen sogenannten. hydraulischen Ventilspielausgleich. Eine solche hydraulische Ventilspielausgleichsmaßnahme kann bei der hier vorliegenden Stellelementeausführung durch eine Integration in die Hydraulikaggregate 10 und 13 auf einfache Weise erfolgen. Hierzu bedarf es lediglich der Anwendung allgemein bekannten Fachwissens, so daß hier an sich keine weiteren technischen Erläuterungen notwendig sind. Bei den beschriebenen Hydraulikaggregaten 10 bzw. 13 reicht prinzipiell bereits eine Wegnahme der angegebenen Wegbegrenzung aus.
Durch die Veränderbarkeit der Lage des KÜB-Bereiches 3 innerhalb des Schlepphebels 2 ist es möglich, die KEB-Bereiche 6 und 7 soweit gegeneinander zu verstellen, daß diese Bereiche an der Nockenwelle 1 verschiedenen Steuerkonturen 4 und 5 folgen können, von denen nicht die eine Kontur innerhalb der anderen Kontur liegen muß. Dies ist ein wesentlicher Vorteil der erfindungsgemäßen Einrichtung. Es ist immer nur eine Steuerkontur an der Bewegung des Ventils beteiligt.
Bei dieser Ausführung sind funktionell gegenüber der Einrichtung in den Fig. 1 bis 3 gleiche Teile mit gleichen Bezugszeichen belegt.
Im Unterschied zu der Ausführung nach den Fig. 1 bis 3 enthält die Ausführung nach Fig. 4 zwei getrennte Nockenwellen 1, 1' mit jeweils unterschiedlichen Steuerkonturen 4' und 5'. Anstelle des Schlepphebels 2 bei der zuvor beschriebenen Einrichtung ist hier ein Kipphebel 2' eingesetzt. Alle übrigen Teile sind vergleichbar, so daß sich eine nochmalige Beschreibung erübrigt.
Die Funktion der Einrichtung nach Fig. 4 ist wie folgt.
Bei der mit der zuvor beschriebenen ersten Ausführung vergleichbaren ersten Schaltstellung des Kipphebels 2' erfolgt die Motorventilsteuerung entsprechend der Steuerkontur 4' auf der Nockenwelle 1' als eine der insgesamt beiden Nockenwellen. Bei dieser Funktionsweise ist der Stößel 9 - anders als in der Zeichnung dargestellt - in dem Hydraulikaggregat 10 eingefahren, so daß keine Berührung zwischen diesem Stößel 9 und der anderen Nockenwelle 1 gegeben ist und zwar bei sämtlichen Rotationsstellungen der Nockenwelle 1. Der Kolben 12 ist bei dieser ersten Schaltstellung vollständig ausgefahren.
Bei der zweiten Schaltstellung, die wiederum derjenigen bei der Einrichtung nach den Fig. 1 bis 3 entspricht, und in Fig. 4 dargestellt ist, ist der Stößel 9 des Hydraulikaggregates 10 vollständig ausgefahren und der Kolben 12 des Hydraulikaggregates 13 vollständig eingefahren. Bei dieser Schaltstellung steuert der Kipphebel 2' nach der Steuerkontur 4' der Nockenwelle 1'.
Die bereits zuvor erwähnten, bei Motorventilen in der Steuereinrichtung üblicherweise vorhandenen hydraulischen Spielausgleichsmaßnahmen können auch bei dieser Ausführung in die Hydraulikaggregate 10 und 13 durch Wegfall einer Hubbegrenzung für die Hydraulikaggregate integriert werden.
Die Nockenwellen 1 und 1' können mit unterschiedlicher Rotationsgeschwindigkeit drehen.
Auch bei dieser Ausführung sind funktionell gegenüber den Einrichtungen in Fig. 1 bis 4 gleiche Teile mit gleichen Bezugszeichen belegt.
Anstelle eines Hebels wie in den zuvor beschriebenen Varianten ist in diesem Ausführungsbeispiel ein Stell-Stößel 2'' als Stellelement zwischen Nockenwelle und Ventil.angeordnet.
Die Funktion dieser Einrichtung entspricht derjenigen bei der Ausführungsform nach Fig. 2 mit Bezug auf Fig. 5 und 3 mit Bezug auf Fig. 6, so daß sich eine nochmalige Beschreibung erübrigt.