DE10148179B4

DE10148179B4 - Ventiltrieb mit Ventilhubumschaltung für die Gaswechselventile eines 4-Takt-Verbrennungsmotors

Info

Publication number: DE10148179B4
Application number: DE10148179.9A
Authority: DE
Inventors: Harald Elendt; Dipl.-Ing. Himsel Frank
Original assignee: Schaeffler Technologies AG and Co KG
Current assignee: Schaeffler Technologies AG and Co KG
Priority date: 2001-09-28
Filing date: 2001-09-28
Publication date: 2015-09-24
Anticipated expiration: 2021-09-29
Also published as: DE10148179A1

Abstract

Ventiltrieb mit Ventilhubumschaltung für die Gaswechselventile (8) eines 4-Takt-Verbrennungsmotors, mit folgenden Merkmalen: – eine Zahnwelle (2) mit axialer Außenverzahnung (10) und einem Nockenstück (3) pro Zylinder (1), das eine dazu passende Innenverzahnung aufweist, wodurch es verdrehfest aber axial verschiebbar mit der Zahnwelle (2) verbunden ist; – das Nockenstück (3) weist zwei an dessen Umfang angeordnete, spiegelsymmetrisch ausgebildete Verschiebenuten (17, 18) sowie pro Gaswechselventil (8) zumindest zwei nebeneinanderliegende Nocken (13, 14) mit unterschiedlichem Hub aber gleichem Grundkreisdurchmesser auf; – radial zu dem Nockenstück (3) hin bewegbare Aktuatorstifte (4, 5), die fest an einem Zylinderkopf des Verbrennungsmotors angeordnet sind, wobei durch deren Zusammenwirken mit den Verschiebenuten (17, 18) das Nockenstück (3) axial verschiebbar ist, dadurch gekennzeichnet, dass das Nockenstück (3) zur Betätigung zweier Gaswechselventile (8) vorgesehen ist, dass die Nocken (13, 14) des Nockenstücks (3) zwei Nockenpaare (15) bilden, wobei die Nocken (13, 14) beider Nockenpaare (15) in gleicher Reihenfolge auf dem Nockenstück (3) angeordnet sind, dass in der Mitte zwischen den Gaswechselventilen (8) zur Stützung der Zahnwelle (2) pro Zylinder (1) ein Lager (12) vorgesehen ist, dass eine zugehörige Lagerstelle (11) am Außenumfang des Nockenstücks (3) angeordnet ist und dass die Nockenpaare (15) beiderseits der Lagerstelle (11) angeordnet sind und mit je einem Nockenfolger (6) der Gaswechselventile (8) eines Zylinders (1) in Wirkverbindung stehen.

Description

Die Erfindung betrifft einen Ventiltrieb mit Ventilhubumschaltung für die Gaswechselventile eines 4-Takt-Verbrennungsmotors nach dem Oberbegriff des Patentanspruchs 1.
In der DE 196 11 641 C1 ist ein Ventiltrieb mit Ventilhubumschaltung für die Gaswechselventile eines 4-Takt-Verbrennungsmotors beschrieben, mit folgenden Merkmalen:

– Eine Zahnwelle mit axialer Außenverzahnung und einem Nockenstück pro Zylinder, das eine dazu passende Innenverzahnung aufweist, wodurch es verdrehfest aber axial verschiebbar mit der Zahnwelle verbunden ist;
– das Nockenstück weist pro Gaswechselventil zumindest zwei nebeneinander liegende Nocken mit unterschiedlichem Hub aber gleichem Grundkreisdurchmesser sowie zwei am Umfang des Nockenstücks angeordnete, vorzugsweise spiegelsymmetrisch ausgebildete Verschiebenuten auf;
– gehäusefeste, radial zu dem Nockenstück hin bewegbare Aktuatorstifte, durch deren Zusammenwirken mit den Verschiebenuten das Nockenstück axial verschiebbar ist.

Bei modernen Zylinderkopfkonstruktionen liegen die Nockenwellenlager aus Steifigkeitsgründen in der Mitte zwischen den Gaswechselventilen eines jeden Zylinders. Die Forderung nach Steifheit und zusätzlich nach geringem Änderungsaufwand am vorgegebenen Zylinder, muß auch bei einer Umstellung auf den gattungsgemäßen Ventiltrieb erfüllt werden. Eine direkte Lagerung der Zahnwelle in der Mitte zwischen den Gaswechselventilen eines Zylinders bedingt eine Teilung des Nockenstücks und ein getrenntes Verschieben beider Teile. Die dazu erforderlichen zusätzlichen Verschiebenuten können aus Bauraumgründen nicht untergebracht werden.
Die weiterhin bekannte DE 43 36 593 A1 offenbart einen Ventiltrieb mit Ventilhubumschaltung für die Gaswechselventile. Diese Ausgestaltung beinhaltet eine Grundwelle mit einem Nockenstück, das zwei Einzelnocken aufweist, zwischen denen eine Lagerstelle mit einem Lager angeordnet ist. Dieses Nockenstück ist aber gemäß den 1 bis 4 dreh- und axialfest auf der Grundwelle fixiert, wobei seitliche weitere Einzelnocken über Stirnverzahnungen an das Nockenstück angedockt bzw. von diesem gelöst werden können. Das System arbeitet hydraulisch, hat keine Verschiebenuten mit Aktorstiften usw.
Gemäß den 5 und 6 sind zunächst ein zusätzlicher Einzelnocken und das Nockenstück drehfest auf der Grundwelle angeordnet, wobei das Nockenstück und der Einzelnocken verschiebbar und das Nockenstück von der Grundwelle bzw. dem Einzelnocken lösbar und dann drehlose angeordnet ist.
Der Ventiltrieb dieses Dokuments ist aufwändig und kostenintensiv. Dabei ist weiter zu befürchten, dass eine schnelle Ventilhubumschaltung während des Betriebs des Verbrennungsmotors, auch bei höheren Drehzahlen nicht erreicht werden kann.
Der Erfindung liegt deshalb die Aufgabe zugrunde, einen gattungsgemäßen Ventiltrieb für einen Zylinder zu schaffen, dessen Zahnwelle in der Mitte zwischen seinen Gaswechselventilen gelagert ist und dessen Nockenstück ungeteilt ist.
Die Aufgabe wird gelöst durch die Merkmale des Patentanspruchs 1. Da sich eine Lagerstelle am Außenumfang des Nockenstücks befindet, kann dieses einteilig ausgebildet werden, obwohl das dazugehörige Lager in der Mitte zwischen den Gaswechselventilen eines der Zylinder angeordnet ist. Durch die einteilige Ausführung des Nockenstücks kann die Zahl der erforderlichen Verschiebenuten halbiert werden, wodurch der vorgegebene Einbauraum für das Nockenstück ausreicht.
Die Lagerstelle des Nockenstücks dient zugleich zur Stützung der Zahnwelle und damit zu deren Biegesteifheit.
Von Vorteil ist auch, daß die Nocken beiderseits der Lagerstelle angeordnet sind und die Lagerstelle die Breite des Lagers vermehrt um den Verschiebeweg des Nockenstücks aufweist. Durch den geringstmöglichen Abstand der Nocken vom Lager wird auch bei der erfindungsgemäßen Lösung der Ventilhubumschaltung eine geringe Biegebelastung der Zahnwelle und des Nockenstücks und damit ein steifer Ventiltrieb erreicht.
Von Vorteil ist, daß die Nocken des Nockenstücks zwei Nockenpaare bilden, wobei die Nocken beider Nockenpaare in gleicher Reihenfolge angeordnet sind. Dadurch werden beim Verschieben des Nockenstücks bei beiden Gaswechselventilen die gleichen Nockenhübe eingestellt. Es ist aber auch denkbar, daß die entsprechenden Nocken der Nockenpaare einen ungleichen Hub aufweisen.
Dadurch, daß für jede Verschieberichtung des Nockenstücks eine eigene Verschiebenut vorgesehen ist, ergibt sich eine präzise, fehlschaltungsfreie Ventilhubumschaltung.
Auch dadurch, daß jeder Verschiebenut ein Aktuatorstift zugeordnet ist, wird eine hohe Funktionssicherheit und ein geringer Bau- und Platzaufwand erzielt.
Wenn an beiden Enden des Nockenstücks unmittelbar neben dem jeweiligen Nockenpaar ein zylindrischer Abschnitt vorgesehen ist, in dem jeweils eine der Verschiebenuten angeordnet ist, ergibt sich ein minimaler Platzbedarf wegen der nur zwei erforderlichen Verschiebenuten für beide Gaswechselventile.
Weitere Merkmale der Erfindung ergeben sich aus der nachfolgenden Beschreibung und der dazugehörigen Zeichnung, auf der Ausführungsbeispiele der Erfindung schematisch dargestellt sind.
Die einzige Figur zeigt eine Seitenansicht des erfindungsgemäßen Ventiltriebs mit seiner Ventilhubumschaltung.
Bei dem vorliegenden 4-Takt-Verbrennungsmotor handelt es sich um einen Ottomotor mit einem Ventiltrieb, der eine Ventilhubumschaltung aufweist. Der Ventiltrieb umfaßt eine getrennte Einlaß- und Auslaßnockenwelle sowie pro Zylinder zwei Einlaß- und zwei Auslaßventile.
Die Figur zeigt einen Zylinder 1 mit Teilen dieses Ventiltriebs. Dazu gehören unter anderem eine Zahnwelle 2 mit einem Nockenstück 3, zwei Aktuatorstifte 4, 5, zwei Nockenfolger 6 und zwei Gaswechselventile 8. Diese können als Ein- oder Auslaßventile ausgebildet sein.
Die Zahnwelle 2 weist auf ganzer Länge eine axiale Außenverzahnung 10 auf. Passend zu dieser ist das Nockenstück 3 mit einer axialen Innenverzahnung versehen, durch die dasselbe verdrehfest aber axial verschiebbar mit der Zahnwelle 2 verbunden ist.
Das Nockenstück 3 weist an seinem Außenumfang eine Lagerstelle 11 auf, die zur Abstützung der Zahnwelle 2 dient. Die dazu gehörenden Lager 12 sind im Zylinder 1 in der Mitte zwischen dessen Gaswechselventilen 8 angeordnet.
Die Breite der Lagerstelle 11 entspricht der Breite des Lagers 12, lediglich vermehrt um den Verschiebeweg des Nockenstücks 3. Dadurch unterliegen die Zahnwelle 2 und das Nockenstück 3 einer nur geringen Biegebelastung.
Die Lagerstelle 11 ist flankiert durch Teilhubnocken 13 und Vollhubnocken 14, die in Nockenpaaren 15 in gleicher Reihenfolge angeordnet sind. Die Teilhub-nocken 13 und Vollhubnocken 14 weisen unterschiedlichen Nockenhub aber gleichen Grundkreisdurchmesser auf. Letzterer ist Voraussetzung für eine axiale Verschiebung der Teilhubnocken 13 und Vollhubnocken 14.
Unmittelbar außerhalb der beiden Nockenpaare 15 schließen sich zylindrische Abschnitte 16 an, mit denen das Nockenstück 3 endet. Die zylindrischen Abschnitte 16 weisen für jede Verschieberichtung je eine Verschiebenut 17, 18 auf. Diese sind zueinander vorzugsweise spiegelbildlich ausgebildet und angeordnet, so daß die Steigung beider Verschiebenuten 17, 18 gegenläufig ist. Sie besitzen ein Steigungsmaß, das bei einer Umdrehung des Nockenstücks 3 dessen Verschiebemaß entspricht.
Die Verschiebenuten 17, 18 laufen am Umfang der zylindrischen Abschnitte 16 über Endstücke 9 mit Abstand und versetzt aus.
Die Aktuatorstifte 4, 5 sind in nicht dargestellten Aktuatorgehäusen im Zylinder 1 untergebracht. Sie werden wechselweise in die Verschiebenuten 17, 18 eingefahren. Dadurch wird die axiale Verschiebung der Nockenstücke 3 bewirkt. Durch das Auslaufen der Verschiebenuten 17, 18 am Umfang der zylindrischen Abschnitte 16, gelangen die eingefahrenen Aktuatorstifte 4, 5 nach einer Umdrehung des Nockenstücks 3 zwangsläufig wieder aus ihrer Verschiebenut 17, 18 heraus und werden fixiert. Das Nockenstück 3 wird in seiner jeweiligen Endlage durch eine nicht dargestellte Vorrichtung axial arretiert.
Die Teilhubnocken 13 und Vollhubnocken 14 treiben über Rollen 7 der Nockenfolger 6 die Gaswechselventile 8 an. Bei den Nockenfolgern 6 handelt es sich um konventionelle Schlepp- oder Schwinghebel. Es sind aber auch Kipp- oder Tassenstößel denkbar.
Der erfindungsgemäße Ventiltrieb funktioniert folgendermaßen:
Bei tiefer Last- und Drehzahl des Ottomotors sind, wie in der Figur dargestellt, die Teilhubnocken 13 im Einsatz. Der dadurch bedingte geringe Zeitquerschnitt der Gaswechselventile 8 ist in diesem Betriebsbereich vorteilhaft für die Gemischbildung. Beide Aktuatorstifte 4, 5 sind zurückgezogen und das Nockenstück 3 ist in seiner linken Endposition arretiert.
Bei höherer Last und Drehzahl wird der volle Zeitquerschnitt der Vollhubnocken 14 benötigt. Deshalb wird der Aktuatorstift 5 in die Verschiebenut 18 eingefahren.
Deren Winkellage zu den Teilnocken 13 und Vollnocken 14 ist so gewählt, daß die Vollhubnocken 14 in ihrer Grundkreisphase auf den Rollen 7 der Nockenfolger 6 anstelle der Teilhubnocken 13 in ihre Betriebsstellung geschoben werden. Dies geschieht innerhalb einer Umdrehung des Nockenstücks 3, das anschließend in seiner rechten Endposition arretiert wird. Der Aktuatorstift 5 gelangt durch das Endstück 9 zwangsweise zurück in seine Ausgangsposition am Umfang des zylindrischen Abschnitts 16. Bei erneutem Rückgang von Last- und Drehzahl des Ottomotors läuft der Verstellvorgang durch Einfahren des Aktuatorstifts 4 in die Verschiebenut 17 in umgekehrter Richtung ab.
Bezugszeichenliste

1: Zylinder
2: Zahnwelle
3: Nockenstück
4: Aktuatorstift
5: Aktuatorstift
6: Nockenfolger
7: Rolle
8: Gaswechselventil
9: Endstück
10: axiale Außenverzahnung
11: Lagerstelle
12: Lager
13: Vollhubnocken
14: Teilhubnocken
15: Nockenpaar
16: zylindrischer Abschnitt
17: Verschiebenut
18: Verschiebenut

Claims

Ventiltrieb mit Ventilhubumschaltung für die Gaswechselventile (8) eines 4-Takt-Verbrennungsmotors, mit folgenden Merkmalen: – eine Zahnwelle (2) mit axialer Außenverzahnung (10) und einem Nockenstück (3) pro Zylinder (1), das eine dazu passende Innenverzahnung aufweist, wodurch es verdrehfest aber axial verschiebbar mit der Zahnwelle (2) verbunden ist; – das Nockenstück (3) weist zwei an dessen Umfang angeordnete, spiegelsymmetrisch ausgebildete Verschiebenuten (17, 18) sowie pro Gaswechselventil (8) zumindest zwei nebeneinanderliegende Nocken (13, 14) mit unterschiedlichem Hub aber gleichem Grundkreisdurchmesser auf; – radial zu dem Nockenstück (3) hin bewegbare Aktuatorstifte (4, 5), die fest an einem Zylinderkopf des Verbrennungsmotors angeordnet sind, wobei durch deren Zusammenwirken mit den Verschiebenuten (17, 18) das Nockenstück (3) axial verschiebbar ist, dadurch gekennzeichnet, dass das Nockenstück (3) zur Betätigung zweier Gaswechselventile (8) vorgesehen ist, dass die Nocken (13, 14) des Nockenstücks (3) zwei Nockenpaare (15) bilden, wobei die Nocken (13, 14) beider Nockenpaare (15) in gleicher Reihenfolge auf dem Nockenstück (3) angeordnet sind, dass in der Mitte zwischen den Gaswechselventilen (8) zur Stützung der Zahnwelle (2) pro Zylinder (1) ein Lager (12) vorgesehen ist, dass eine zugehörige Lagerstelle (11) am Außenumfang des Nockenstücks (3) angeordnet ist und dass die Nockenpaare (15) beiderseits der Lagerstelle (11) angeordnet sind und mit je einem Nockenfolger (6) der Gaswechselventile (8) eines Zylinders (1) in Wirkverbindung stehen.
Ventilhub nach Anspruch 1, dadurch gekennzeichnet, dass die Lagerstelle (11) die Breite des Lagers (12) vermehrt um den Verschiebeweg des Nockenstücks (3) aufweist.
Ventiltrieb nach einem der Ansprüche 1 oder 2, dadurch gekennzeichnet, dass für jede Verschieberichtung des Nockenstücks (3) eine eigene Verschiebenut (17, 18) vorgesehen ist.
Ventiltrieb nach einem der Ansprüche 1 bis 3, dadurch gekennzeichnet, dass jeder Verschiebenut (17, 18) ein Aktuatorstift (4, 5) zugeordnet ist.
Ventiltrieb nach einem der Ansprüche 1 bis 4, dadurch gekennzeichnet, dass an beiden Enden des Nockenstücks (3) unmittelbar neben dem jeweiligen Nockenpaar (15) ein zylindrischer Abschnitt (16) vorgesehen ist, in dem jeweils eine der Verschiebenuten (17, 18) angeordnet ist.