Bezeichnung der Erfindung
Vorrichtung zum Verändern der Öffnungs- und Schließzeiten von Gaswechsel ventilen einer Brennkraftmaschine
Beschreibung
Gebiet der Erfindung
Die Erfindung betrifft eine Vorrichtung nach den oberbegriffsbildenden Merkma¬ len des Anspruchs 1 .
Hintergrund der Erfindung
Eine derartige Vorrichtung ist aus der DE-PS 29 09 803 vorbekannt. Nach Start der Brennkraftmaschine tritt bei einer derartigen Vorrichtung das Problem auf, daß der jeweilige Verstellkolben mit hoher Geschwindigkeit in eine maximale Verstellposition eilt und dort unter erheblicher Geräuschemission mehrfach anschlägt. Dies rührt daher, daß nach Außerbetriebsetzung der Brennkraftma¬ schine das in der Vorrichtung befindliche hydraulische Mittel allmählich aus dieser entweicht und somit der Verstellkolben hydraulisch nicht mehr aus¬ reichend eingespannt ist, wobei in aller Regel ein gewisses Restvolumen an hydraulischem Mittel verbleibt. Hervorgerufen durch die Drehungleichförmig- keit der Nockenwelle wird nach Wiederbefeuerung der Brennkraftmaschine der Verstellkolben, da dieser nun hydraulisch nicht mehr eingespannt ist, in eine Endlage unter der erwähnten erheblichen Geräuschentwicklung verschoben. Dieser Zustand ist im Zeitraum zwischen Befeuerung der Brennkraftmaschine und Befüllung der Druckkammern festzustellen, d. h. wenige Sekunden nach dem Start des Motors.
Aufgabe der Erfindung
Der Erfindung liegt daher die Aufgabe zugrunde, eine Vorrichtung der vor¬ genannten Gattung zu schaffen, bei der die aufgezeigten Nachteile beseitigt sind und insbesondere mit einfachen Mitteln, d. h. mit geringem konstruktiven Aufwand, das angezeigte Startklappern vermieden ist.
Zusammenfassung der Erfindung
Erfindungsgemäß wird diese Aufgabe durch die Merkmale des kennzeichnenden Teils des Anspruchs 1 gelöst, wobei zweckmäßige Ausgestaltungen Gegenstand der Unteransprüche 2 bis 12 sind.
Durch diese erfindungsgemäßen Mittel ist nicht mehr mit den beim Stand der Technik auftretenden Klappergeräuschen durch hochfrequentes Anschlagen des Verstellkolbens an seine eine Endlage zu rechnen. Sobald die Vorrichtung nach dem Außerbetriebsetzen der Brennkraftmaschine weitestgehend an hydrauli¬ schem Mittel leergelaufen ist, ist die hydraulische Einspannung des Verstell¬ kolbens weitestgehend aufgehoben. Eine Druckfeder verschiebt den Verstel I- kolben in die gewünschte Start-, Notlaufposition. Dies wäre bei einem Einla߬ versteller in aller Regel die Spät- und bei einem Auslaßversteller die Frühposi¬ tion. Beim Einlaßversteller wird diese Bewegung durch die wirkenden Schlepp-, Reibmomente der Nockenwelle unterstützt. Sobald nun diese Position erreicht ist, ist es nach der Erfindung vorgesehen, Antriebs- und Abtriebseinheit der Vorrichtung miteinander formschlüssig zu koppeln. Durch diese Maßnahme ist der Verstellkolben an einer weiteren Axialbewegung solange gehindert, bis ein ausreichender Druck an hydraulischem Mittel in der Vorrichtung aufgebaut ist, welcher Druck ein die formschlüssige Verbindung der beiden Einheiten bewir¬ kendes Koppelmittel außer Eingriff bringt. Diese Vorrichtung kann ohne weite- ren konstruktiven Aufwand in bereits bestehende Verstellvorrichtungen einge¬ baut werden. Insbesondere erweist sich die Erfindung sinnvoll bei Vorrichtun¬ gen, welche auslaßnockenwellenseitig vorgesehen sind, da die durch die auftretenden Schlepp-, Reibmomente der Nockenwelle vorliegende Verstellrich-
tung des Verstellkolbens in Richtung "spät", d. h. in Richtung großer Ventilüber¬ schneidungen wirkt. Der Verstellkolben sollte hier in seiner Frühposition wäh¬ rend des Starts der Brennkraftmaschine gehalten werden. Diese ansonsten auftretenden großen Ventilüberschneidungen sind speziell bei Start der Brenn- kraftmaschine äußerst unerwünscht, da bei dieser Betriebssituation mit möglichst viel Frischgas im Zylinder gefahren werden muß. Ungünstigstenfalls kann dies dazu führen, daß ein Start der Brennkraftmaschine nicht möglich ist. Dadurch, daß durch die angestrebte geringe Ventilüberschneidung der Gaswechselventile durch Halten des Verstellkolbens in einer vorbestimmten Position der Restgas- anteil im Zylinder verringert ist, ist auch ein zusätzlicher positiver Beitrag in Richtung Abgasemissionen geleistet.
Besonders einfach ist es, das Koppelmittel als Kolben bzw. Stift auszubilden und in komplementären Bohrungen der An- und Abtriebseinheit verlaufen zu lassen. Denkbar sind jedoch auch weitere Koppelelemente, wie beispielsweise Kugeln, Keile, Nadeln und ähnliches bzw. auch mittelbar beaufschlagte.
In Ausgestaltung der Erfindung ist es vorgesehen, einen Versorgungspfad einer Führungshülse für Hydraulikmittel zur Zuleitung dieses vor eine Stirnseite des Verstellkolbens gleichzeitig als Versorgungspfad für das Hydraulikmittel zur Beaufschlagung des Koppelmittels zu benutzen. Somit kann auf zusätzliche Zuleitungen in der Vorrichtung verzichtet werden.
Die Radialbohrung nach Anspruch 10 dient als Abströmbohrung für überschüs- siges Hydraulikmittel aus der ersten Aufnahme und zur Verhinderung der Ausbildung eines Luftpolsters in dieser.
Schließlich ist durch die Ausgestaltungen nach den Ansprüchen 1 1 und 1 2 eine Verliersicherung für das Koppelmittel in seiner ersten Aufnahme gegeben. Dies ist deshalb von Bedeutung, weil in aller Regel die Ölführungshülse als Bestand¬ teil der Abtriebseinheit separat zu den weiteren Bauteilen der Vorrichtung angeliefert und vor Ort montiert wird.
Kurze Beschreibung der Zeichnung
Die Erfindung ist in der Zeichnung dargestellt. Es zeigen:
Figuren 1 a, b einen oberen und unteren Teillängsschnitt durch eine
Vorrichtung mit erfindungsgemäßer Koppeleinrichtung;
Figur 2 in einer vergrößerten Darstellung die Vorrichtung im
Bereich ihrer Koppeleinrichtung und
Figur 3 ein Steuerdiagramm eines Viertaktmotors.
Ausführliche Beschreibung der Zeichnung
Die der Fachwelt an sich bekannte Vorrichtung 1 weist ein mit einer Kurbelwel¬ le über ein nicht dargestelltes Zugmittel in Antriebsverbindung stehendes Antriebsrad 2 auf. Das Antriebsrad 2 geht radial innen in einen sich in Axial¬ richtung erstreckenden Axialansatz 3 über. Dieser Axialansatz 3 ist Bestandteil einer Antriebseinheit 4. Der Axialansatz 3 weist eine innenliegende Verzahnung 6 auf. Diese kämmt mit einem außenliegenden ersten Abschnitt 5 eines Verstell¬ kolbens 7. Der Verstellkolben 7 wiederum weist einen zweiten, innenliegenden verzahnten Abschnitt 8 auf. Dieser Abschnitt 8 ist in Eingriff mit einer außen¬ liegenden Verzahnung 9 einer konzentrischen Hülse 10, die integraler Bestand¬ teil einer Abtriebseinheit 1 1 ist.
Dem Axialansatz 3 der Antriebseinheit 4 ist ein weiterer Axialansatz 12 zu¬ geordnet. Dieser liegt radial innerhalb des ersten Axialansatzes 3 und verläuft in einer Ringaussparung 1 3 der Hülse 10. Somit ist die Antriebseinheit 4 relativ beweglich gegenüber der Abtriebseinheit 1 1 mit Hülse 10 abgestützt. Ver- drehfest mit der Hülse 10 ist eine Zuführhülse 14 für Hydraulikmittel verbun¬ den. Diese Zuführhülse 14 umschließt Endbereiche einer nicht dargestellten Nockenwelle. In ihrem Ringbereich weist die Zuführhülse 14 zumindest einen Versorgungspfad 1 5 auf. Über den Versorgungspfad 1 5 erfolgt eine Lieferung
von hydraulischem Mittel vor eine Stirnseite 16 des Verstel Ikol ben s 7. Gleich¬ zeitig befindet sich im Axialansatz 12 ein Ringraum 1 7 für hydraulisches Mittel. Dieser Ringraum 1 7 ist unmittelbar vor einander zugewandten Stirnflächen 18, 19 der Antriebseinheit 4 und der Abtriebseinheit 1 1 angeordnet.
In einer ersten Aufnahme 20 der Abtriebseinheit 1 1 verläuft ein als Kolben ausgebildetes Koppelmittel 21 . Die Antriebseinheit 4 weist im Bereich ihres Axialansatzes 12 eine weitere Aufnahme 22 auf. Diese ist von dem Ringraum 1 7 einenends begrenzt. Das Koppelmittel 21 ist in Koppelrichtung von der Kraft eines als Druckfeder ausgebildeten Federmittels 23 beaufschlagt. Eine Ver¬ schiebung des Koppelmittels in Entkoppelrichtung soll über aus dem Versor¬ gungspfad 1 5 und dem Ringraum 1 7 anliegenden Hydraulikmitteldruck derart erfolgen, daß das Koppelmittel 21 die Stirnflächen 18, 19 nicht mehr schneidet.
Läuft nun die Vorrichtung 1 nach dem Außerbetriebsetzen der Brennkraftma¬ schine an hydraulischem Mittel leer, so wird der Verstel Ikol ben 7 über die Kraft einer ihn beaufschlagenden Druckfeder 24 in eine Vorzugsstellung verschoben (siehe Beschreibungseinleitung). Das Federmittel 23 verschiebt dabei das Kop¬ pelmittel 21 in Koppelposition. Hierfür sind die Aufnahmen 20, 22 derart zueinander angeordnet, daß sie in der eben genannten Drehstellung der Ein¬ heiten 4, 1 1 zueinander fluchten. Das Koppelmittel 21 wird somit in die weitere Aufnahme 22 mit Teilabschnitten verschoben. Beide Einheiten 4, 1 1 sind form¬ schlüssig miteinander gekoppelt. Wird nun die Brennkraftmaschine wieder befeuert, so ist der Verstellkolben 7 bei nicht ausreichender hydraulischer Einspannung aufgrund der Drehungleichförmigkeit der Nockenwelle bestrebt, an seine Anschlagposition hochfrequent anzuschlagen. Dies ist durch die Erfindung verhindert, indem wie oben genannt für diesen Startzeitraum Antriebs- und Ab¬ triebseinheit 4, 1 1 formschlüssig miteinander gekoppelt sind. Sobald sich ein ausreichend großer Druck an hydraulischem Mittel beidseitig des Verstellkol- bens 7 aufgebaut hat, verhindert diese hydraulische Einspannung dieses An¬ schlagen und gestattet eine Verstellung des Verstel Ikol bens 7 in die gewünschte Richtung. Durch den Aufbau des Drucks an hydraulischem Mittel, welches über den Versorgungspfad 1 5 ebenfalls zum Ringraum 1 7 vor eine zweite Stirnfläche
25 des Koppelmittels 21 geleitet ist, wird das Koppelmittel 21 vollständig in seine erste Aufnahme 20 verschoben. Die physische Kopplung der Einheiten 4,
1 1 ist aufgehoben.
Gleichfalls sind die erfindungsgemäßen Maßnahmen auch an einer Vorrichtung 1 denkbar, die einer Auslaßnockenwelle zugeordnet ist. Hierbei müßte die Druckfeder 24 derart eingebaut werden, daß sie entgegen den in Richtung "spät" wirkenden Schlepp-, Reibmomenten der Nockenwelle auf den Verstell¬ kolben 7 wirkt. Sobald die Vorrichtung 1 dann an hydraulischem Mittel leerge- laufen bzw. weitestgehend leergelaufen ist, würde die Druckfeder 24 den Verstellkolben 7 in seine "frühe" Anschlagposition verschieben, wobei dann über die Kraft des Federmittels 23 wiederum eine formschlüssige Kopplung der Einheiten 4, 1 1 in dieser Anschlagposition aufgebaut ist. Die Verstellung der Auslaßnockenwelle während des Startvorgangs der Brennkraftmaschine in Richtung "früh" garantiert die gewünschte geringe Ventilüberschneidung und somit geringe Restgasanteile im Zylinder.
Hinter einer ersten Stirnfläche 26 des Koppelmittels 21 verläuft eine die erste Aufnahme 20 schneidende Radialbohrung 27. Diese Radialbohrung 27 dient der Abfuhr von überschüssigem Hydraulikmittel aus der Aufnahme 20, welches sich während der Beaufschlagung des Koppelmittels 21 als Leckagemenge ansam¬ melt. Gleichzeitig dient die Radialbohrung 27 dazu, den Aufbau eines Luftpol¬ sters in der weiteren Aufnahme 22 zu verhindern. Ein Abströmen des über¬ schüssigen Hydraulikmittels über die Radialbohrung 27 erfolgt in den Zylin- derkopf. Zusätzlich verläuft in der weiteren Aufnahme 22 im Bereich des Koppelmittels 21 ein das Koppelmittel 21 umschließender separater Ring 28 (siehe auch Figur 2) als Hülsenabschnitt. Das Koppelmittel 21 besitzt im Bereich seines in die Aufnahme 20 ragenden Abschnitts eine Durchmessererweiterung 29 (hier als separater Ring ausgebildet). Somit ist eine einfache Verliersicherung für das Koppelmittel 21 aus der Aufnahme 20 und gleichzeitig ein Anschlag für das Koppelmittel 21 geschaffen.
Schließlich zeigt die Figur 3 ein Steuerdiagramm eines Viertaktmotors zur besseren Veranschaulichung des Ladungswechsels und der Ventilüberschnei¬ dung Üv wie vorgehend besprochen.
Liste der Bezugszahlen und -zeichen
I Vorrichtung QA momentan freier Ventilspalt¬ 2 Antriebsrad querschnitt
3 Axialansatz α Kurbelwinkel
4 Antriebseinheit t Zeit
5 erster Abschnitt AÖ Öffnungsbeginn Auslaßventil
6 Verzahnung EÖ Öffnungsbeginn Einlaßventil 7 Verstellkolben AS Schließende Auslaßventil
8 zweiter Abschnitt ES Schließende Einlaßventil
9 Verzahnung Üv Ventilüberschneidung
10 Hülse HA Ventilhub Auslaßventil
I I Abtriebseinheit HE Ventilhub Einlaßventil 12 Axialansatz tN. Verschiebung Steuerzeiten durch
1 3 Ringaussparung Vorrichtung (Verstellkolben) in
14 Zuführhülse Richtung frühes Öffnen und
15 Versorgungspfad Schließen Ein- oder Auslaßventil
16 Stirnseite tN+ Verschiebung Steuerzeiten durch 1 7 Ringraum Vorrichtung (Verstel Ikol ben) in
18 Stirnfläche Richtung spätes Öffnen und
19 Stirnfläche Schließen Ein- oder Auslaßventil
20 erste Aufnahme
21 Koppelmittel 22 weitere Aufnahme
23 Federmittel
24 Druckfeder
25 zweite Stirnfläche
26 erste Stirnfläche 27 Radialbohrung
28 Ring
29 Durchmessererweiterung