DE102004056290A1 - Ventiltrieb einer Brennkraftmaschine mit mindestens einer Grundnockenwelle - Google Patents
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Abstract
Die Erfindung betrifft den Ventiltrieb einer Brennkraftmaschine mit einer Grundnockenwelle, auf der axial verschiebbare Nockenträger angeordnet sind. Die Nockenträger werden jeweils von einer Rastvorrichtung gehalten, die in einer Aussparung der Grundnockenwelle angeordnet ist. Zur Versorgung der Rastvorrichtungen mit Schmiermittel sowie zur Be- und Entlüftung sind Ausnehmungen in der Grundnockenwelle ausgebildet, die den Umfangskreis der Primärbohrung der Rastvorrichtungen durchbrechen.
Description
- Die Erfindung betrifft den Ventiltrieb einer Brennkraftmaschine mit mindestens einer Grundnockenwelle gemäß dem Oberbegriff des Patentanspruches 1.
- Zur Verbesserung der thermodynamischen Eigenschaften von Brennkraftmaschinen sind mechanische Vorrichtungen bekannt, die das Arbeitsspiel des Ventiltriebes beeinflussen und beispielsweise eine drehzahlabhängige Veränderung der Öffnungszeiten oder des Hubes der Gaswechselventile ermöglichen.
- Aus der Druckschrift
DE 10 2004 011 586 ist eine derartige Vorrichtung bekannt, bei der ein Nockenträger drehfest und axial verschiebbar auf einer Grundnockenwelle angeordnet ist. - Der Nockenträger besteht dabei aus einem Metallrohr, auf dem mindestens ein Nocken angeordnet ist, bei dem aus einem gemeinsamen Grundkreis axial versetzt mindestens zwei unterschiedliche Nockenlaufbahnen hervorgehen. Durch das axiale Verschieben des Nockenträgers auf der Grundnockenwelle wird ein Gaswechselventil durch die unterschiedlich geformten Nockenlaufbahnen betätigt, wobei sich die mindestens zwei Nockenlaufbahnen in der Hubkontur und/oder in der Phasenlage unterscheiden können.
- Zum axialen Verschieben eines Nockenträgers ist an beiden Seiten des Nockenträgers jeweils ein als Vertiefung ausgebildete Kurvenbahn angeordnet. Die zwei Kurvenbahnen eines Nockenträgers sind dabei zueinander spiegelbildlich ausgebildet, wodurch das axiale Verschieben des Nockenträgers in beide Richtung möglich ist.
- Das axiale Verschieben der Nockenträger erfolgt durch radial zur Grundnockenwelle angeordnete Stellglieder, die als elektromagnetische Ventile ausgebildet sind, und die jeweils aus einem Betätigungsstift und aus zwei Elektromagneten bestehen. Die Stellglieder sind fest mit dem Zylinderkopf der Brennkraftmaschine verbunden. Durch die Elektromagneten kann der Betätigungsstift ausgefahren und zurückgezogen werden. Im ausgefahrenen Zustand greift der Betätigungsstift in die die Kurvenbahn bildende Vertiefung, wobei der Nockenträger durch die Drehung der Grundnockenwelle beim Betrieb der Brennkraftmaschine axial verschoben wird.
- Damit ein Nockenträger nach dem Verschieben in einer definierten Position verbleibt ist vorgesehen, dass in einer Aussparung der Grundnockenwelle für jeden Nockenträger eine Rastvorrichtung angeordnet ist. Die Rastvorrichtung besteht aus einem Federelement und einem Rastelement, wobei auf der Innenseite der Nockenträger zwei Rastrillen ausgebildet sind, in welche das Rastelement einrasten kann.
- Der Erfindung liegt die Aufgabe zugrunde den Ventiltrieb einer Brennkraftmaschine gemäß dem Oberbegriff des Patentanspruches 1 anzugeben, bei dem die Ölversorgung sowie die Be- und Entlüftung der Rastvorrichtung gewährleistet ist. Dabei soll die Grundnockenwelle in ihrer Struktur nicht zu sehr zu geschwächt werden. Zudem sollen die notwendigen Bearbeitungsschritte möglichst einfach auszuführen sein.
- Diese Aufgabe wird erfindungsgemäß durch die Merkmale in den Kennzeichen des Patentanspruchs 1 gelöst, wonach die Aussparung in der mindestens einen Grundnockenwelle eine Bohrung zur Aufnahme des Federelementes und des Rastelementes aufweist. Zudem ist in der mindestens einen Grundnockenwelle mindestens eine Ausnehmung ausgebildet, die an der Oberfläche der mindestens einen Grundnockenwelle den Umfangskreis der ersten Bohrung durchbricht.
- In einer vorteilhaften Weiterbildung der Erfindung ist vorgesehen, dass die Primärbohrung aus zwei Teilbohrungen zusammengesetzt ist, wobei im Bereich des Federelementes die Primärbohrung einen ersten Durchmesser aufweist und im Bereich des Rastelementes einen zweiten Durchmesser aufweist. Diese zwei Durchmesser aufweisende Primärbohrung kann mittels eines Spezialbohrers in einem Arbeitsgang in die Grundnockenwelle eingebracht werden, so dass gewährleistet ist, dass beide Durchmesser der Primärbohrung die selbe Bohrachse aufweisen. Der erste Durchmesser der Primärbohrung ist dabei kleiner ist als der zweite Durchmesser.
- In einer weiteren vorteilhaften Weiterbildung der Erfindung ist vorgesehen, dass die mindestens eine Ausnehmung ebenfalls als Bohrung, als Versorgungsbohrung ausgebildet ist, wobei diese mindestens eine Versorgungsbohrung gegenüber der Primärbohrung einen deutlich kleineren Durchmesser aufweist. Dabei ist die Bohrachse der mindestens einen Versorgungsbohrung axial gegenüber der Bohrachse der Primärbohrung versetzt. Zudem kann die Bohrachse der Versorgungsbohrung gegenüber der Bohrachse der Primärbohrung einen Winkel aufweisen.
- Alternativ kann die mindestens eine Ausnehmung als schmale Rampe ausgebildet sein, die in den Umfangskreis der Primärbohrung beispielsweise durch Schleifen eingebracht wird.
- In einer nächsten vorteilhaften Weiterbildung der Erfindung ist vorgesehen, dass zwei Ausnehmungen vorgesehen sind, die den Umfangskreis der Primärbohrung durchbrechen. Vorzugsweise sind die Ausnehmungen am Umfangskreis der Primärbohrung gegenüberliegend, so dass insbesondere die Ölversorgung der Rastvorrichtung zuverlässig gewährleistet ist.
- In einer letzten Weiterbildung der Erfindung ist vorgesehen, dass das Federelement als Druckfeder ausgebildet ist, und dass das Rastelement als Rastkugel ausgebildet ist.
- Durch die erfindungsgemäß ausgestaltete Rastvorrichtung ist die Versorgung des Federelementes und des Rastelements mit Schmieröl sowie die Be- und Entlüftung der Primärbohrung gewährleistet. Gegenüber einer die Grundnockenwelle durchstoßenden Bohrung müssen keine Gradreste entfernt werden. Zudem wird die Struktur der Grundnockenwelle weniger geschwächt.
- Im folgenden ist ein erfindungsgemäßer Ventiltrieb einer Brennkraftmaschine anhand von zwei Ausführungsbeispiel im Zusammenhang mit vier Figuren dargestellt und erläutert.
- Es zeigen:
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1 die Gesamtansicht eines Nockenträgers samt Stellglieder und Gaswechselventile, -
2 die Schnittdarstellung durch eine Grundnockenwelle und durch die Rastvorrichtung mit zwei Versorgungsbohrungen, -
3 die Darstellung einer Grundnockenwelle mit der zwei Versorgungsbohrungen aufweisenden Rastvorrichtung, -
4 die die Schnittdarstellung durch eine Grundnockenwelle und durch die Rastvorrichtung mit zwei schmalen Rampen, -
5 die Darstellung einer Grundnockenwelle mit der zwei schmale Rampen aufweisenden Rastvorrichtung. - Eine vierzylindrige Brennkraftmaschine mit zwei obenliegenden Nockenwellen zum Antrieb eines Kraftfahrzeuges ist mit einer Vorrichtung zum Verstellen des Hubes und der Öffnungszeiten der einlassseitigen Gaswechselventile ausgestattet. Die Vorrichtung besteht aus vier Nockenträgern, die auf der die einlassseitigen Gaswechselventile betätigenden Grundnockenwelle drehfest und axial verschiebbar angeordnet sind.
-
1 zeigt eine schematisch Darstellung eines auf der Grundnockenwelle1 angeordneten Nockenträgers9 samt den zugehörigen Baugruppen. Die die Drehfestigkeit bei gleichzeitiger axialer Verschiebbarkeit ermöglichende Verbindung zwischen der Grundnockenwelle1 und dem Nockenträger9 besteht in einer Verzahnung, die auf der Grundnockenwelle1 als Außenverzahnung und in dem Nockenträger9 als Innenverzahnung ausgebildet ist. - Jeder Nockenträger
9 einer Grundnockenwelle1 ist genau einem Zylinder zugeordnet, wobei jeder Zylinder der Brennkraftmaschine einlassseitig zwei Gaswechselventile17 aufweist. Entsprechend sind auf jedem Nockenträger9 zwei Nocken10 ausgebildet, wobei jeder Nocken10 ein einlassseitiges Gaswechselventil17 betätigt. Jeder der zwei Nocken10 weist jeweils zwei sich unterscheidende Nockenlaufbahnen11 auf, die axial versetzt aus einem gemeinsamen Grundkreis des Nockens10 hervorgehen. - Die jeweils zwei Nockenlaufbahnen
11 der zwei Nocken10 eines Nockenträgers9 sind in der Form unterschiedlich ausgebildet, dass eine Nockenlaufbahn11 eine kleine Hubhöhe des Gaswechselventils17 und die andere Nockenlaufbahn11 eine große Hubhöhe des Gaswechselventils17 bewirkt. Die Nockenlaufbahn11 mit der kleinen Hubhöhe wird bei Motordrehzahlen unterhalb 2500 Umdrehungen pro Minute geschaltet, die Nockenlaufbahn11 mit der großen Hubhöhe wird bei Motordrehzahlen oberhalb 2500 Umdrehungen pro Minute geschaltet. - Zum axialen Verschieben ist an beiden Seiten der Nockenträger
9 jeweils ein als separates Bauteil ausgebildeter Schneckentrieb12 angeordnet, in dem als Vertiefung eine Kurvenbahn13 ausgebildet ist. Die Kurvenbahnen13 der zwei Schneckentriebe12 eines Nockenträgers9 sind dabei zueinander spiegelbildlich ausgebildet, wodurch das axiale Verschieben des Nockenträgers9 auf der Grundnockenwelle1 in beide Richtungen möglich ist. - Das axiale Verschieben der Nockenträger
9 erfolgt durch radial zur Grundnockenwelle1 angeordnete Stellglieder14 , die als elektromagnetische Ventile ausgebildet sind, und die jeweils aus einem Betätigungsstift15 und aus zwei Elektromagneten bestehen. Die Stellglieder14 sind fest mit dem Zylinderkopf der Brennkraftmaschine verbunden. Durch die Elektromagneten kann der Betätigungsstift15 ausgefahren und zurückgezogen werden. Im ausgefahrenen Zustand greift der Betätigungsstift15 in die die Kurvenbahn13 bildende Vertiefung eines Schneckentriebes12 , wobei der Nockenträger9 durch die Drehung der Grundnockenwelle1 beim Betrieb der Brennkraftmaschine axial verschoben wird. - Um das ungewollte Verschieben der Nockenträger
9 beim Betrieb der Brennkraftmaschine zu vermeiden ist vorgesehen, dass in der Grundnockenwelle1 für jeden Nockenträger9 eine Rastvorrichtung vorgesehen ist. Die Rastvorrichtung besteht aus einer Druckfeder3 und einer Rastkugel4 , die in einer als Primärbohrung4 ausgebildeten Aussparung der Grundnockenwelle1 angeordnet sind. - Aufgrund der hohen erforderlichen Genauigkeit, mit der die Nockenträger
9 zu den Gaswechselventilen17 positioniert werden müssen, muss auch die Rastkugel2 möglichst spielfrei in die Primärbohrung4 der Grundnockenwelle1 passen, wobei sehr geringe Fertigungstoleranzen notwendig sind. - Durch die Druckfeder
3 wird die Rastkugel2 in der Grundnockenwelle1 radial nach außen verschoben. In jedem Nockenträgern9 sind zwei Rastnuten16 ausgebildet, in welche die Rastkugel2 einrasten. Die Rückstellkraft der Druckfeder3 und die Form der Rastnuten16 sind dabei so bemessen, dass die Nockenstücke9 nicht selbstständig durch Motorschwingungen oder durch Beschleunigungen des Kraftfahrzeugs verschoben werden können, dass aber bei Eingriff der Betätigungsstifte15 der Stellglieder14 in die Kurvenbahn13 des Schneckentriebs12 das Verschieben des Nockenträgers9 widerstandsarm erfolgt. - Beim Verschieben eines Nockenträgers
9 wird durch den Nockenträger9 die Rastkugel2 gegen die Druckfeder3 gedrückt, wobei es in der als Sackbohrung ausgeführten Primärbohrung4 in der Grundnockenwelle1 zu Reibung zwischen der Rastkugel2 und der Druckfeder3 und der Wandung der Primärbohrung4 kommen kann. - Um ein Auftreten von Verschleiß durch Reibung oder sogar ein Klemmen der Rastkugel
2 in der Primärbohrung4 zu vermeiden muss die Versorgung des Rastelementes mit Schmiermittel sichergestellt werden. Die geringen Toleranzen zwischen der Primärbohrung4 und der Rastkugel2 würden keine ausreichende Zuführung von Schmiermittel erlauben. Zudem muss die Be- und Entlüftung der Primärbohrung4 gewährleistet sein, um ein Hängen der Rastkugel2 aufgrund eines Unterdruck in der Primärbohrung4 zu vermeiden. -
2 zeigt ein Schnittbild durch die Grundnockenwelle1 , in der die als Sackbohrung ausgebildete Primärbohrung4 eingebracht ist. Der unterer Teil der Primärbohrung4 bildet die Federkammer6 , in der die Druckfeder3 angeordnet ist. Der obere Teil der Primärbohrung4 bildet die Kugelkammer5 , in der die Rastkugel2 angeordnet ist. Während die Rastkugel2 einen Durchmesser von 3.8 Millimetern aufweist, weist die Primärbohrung4 einen Durchmesser von lediglich 3,84 Millimetern auf. Die Schmierölversorgung sowie die Be- und Entlüftung der Primärbohrung4 erfolgt über zwei Versorgungsbohrungen7 , die auf dem Umfangskreis der Primärbohrung4 radial in die Grundnockenwelle1 eingebracht sind. Die Versorgungsbohrungen7 sind so tief in die Grundnockenwelle1 eingebracht, dass sie durch die Rastkugel2 nicht verschlossen werden können, wenn diese durch den Nockenträger nach Innen verschoben wird. - Zur Verbesserung der Gleiteigenschaften kann zwischen der Druckfeder
3 und der Rastkugel2 ein nicht dargestellter Federschuh angeordnet sein, der auf einer Seite eine Aufnahme für die Druckfeder3 aufweist, und der auf der anderen Seite eine kugelsegmentförmige Schale aufweist, auf der sich die Rastkugel2 widerstandsarm drehen kann. Ebenso kann auf dem Boden der Primärbohrung4 ein weiterer Federschuh mit einer Aufnahme für die Druckfeder3 angeordnet sein, der ein Wandern der Druckfeder3 vermeidet. -
3 zeigt eine Draufsicht auf die in der Grundnockenwelle1 abgeordnete Rastvorrichtung mit den Versorgungsbohrungen7 . Die Versorgungsbohrungen7 durchbrechen bzw. schneiden den Umfangskreis der Primärbohrung4 . Die Bohrachsen der Versorgungsbohrungen7 sind axial gegenüber der Bohrachse der Primärbohrung4 versetzt. Dabei sind in der Grundnockenwelle4 die Bohrachsen der Versorgungsbohrungen7 parallel zu der Bohrachse der Primärbohrung4 ausgebildet. - Alternativ können die Bohrachsen der Versorgungsbohrung
7 gegenüber der Bohrachse der Primärbohrung4 einen Winkel aufweisen, wobei sich die Bohrachsen der Versorgungsbohrungen7 und die Bohrachse der Primärbohrung4 vorzugsweise innerhalb der Grundnockenwelle1 schneiden. -
4 zeigt eine alternative Ausführung Ausnehmung, die in der Form zweier schmaler Rampen8 ausgebildet ist, die ausgehend vom Umfangskreis der Primärbohrung4 in das Material der Grundnockenwelle1 hinein ausgearbeitet sind. Auch die schmale Rampen8 sind so tief in die Grundnockenwelle1 eingebracht, dass die Primärbohrung4 durch die Rastkugel2 nicht verschlossen werden kann, wenn die Rastkugel2 durch den Nockenträger nach Innen verschoben werden. - Die Primärbohrung
4 wurde hierbei von einem zweistufigen Bohrer in die Grundnockenwelle1 eingebracht, so dass die Primärbohrung4 im Bereich der Federkammer6 einen kleineren Durchmesser aufweist als im Bereich der Kugelkammer5 . Der Vorteil liegt dabei in einer verbesserten Führung der Druckfeder3 , so dass die Verwendung eines Federschuhs auf dem Boden der Primärbohrung4 nicht notwendig ist. -
5 zeigt eine Draufsicht auf die in der Grundnockenwelle1 abgeordnete Rastvorrichtung mit den zwei schmalen Rampen8 . Die zwei schmalen Rampen8 können beispielsweise in einem Arbeitsschritt durch Schleifen in die Grundnockenwelle1 eingebracht werden. - Die Versorgungsbohrungen
7 und schmalen Rampen8 , die in den Figuren axial zur Grundnockenwelle1 dargestellt sind, können ebenso gegenüber der Primärbohrung4 um 90 Grad verdreht in die Grundnockenwelle1 eingebracht werden, wodurch noch eine Verbesserung in der Genauigkeit der axialen Positionierung der Rastkugel2 erreicht werden kann. - Unabhängig von der Form der Aussparung der Grundnockenwelle
1 kann die Rastkugel2 in der Primärbohrung4 fixiert werden, indem beispielsweise durch plastische Verformung Material vom Umfangskreis der Primärbohrung4 der Grundnockenwelle1 in Richtung der Primärbohrung4 verdrängt wird. - Zusätzlich zu den Versorgungsbohrungen und den schmalen Rampen kann auf den Boden der Primärbohrung eine die Grundnockenwelle durchstoßende Entlüftungsbohrung eingebracht werden, die vorzugsweise einen gegenüber der Primärbohrungen kleinen Durchmesser aufweist.
- Durch die erfindungsgemäß ausgestaltete Rastvorrichtung ist die Versorgung der Druckfeder und der Rastkugel mit Schmieröl sowie die Be- und Entlüftung der Primärbohrung zuverlässig gewährleistet. Die Rastvorrichtungen können kostengünstig in die Grundnockenwelle eingebracht werden. Zudem wird die Grundnockenwelle durch die Rastvorrichtung in ihrer Struktur wenig geschwächt.
Claims (8)
- Ventiltrieb einer Brennkraftmaschine mit mindestens einer Grundnockenwelle (
1 ), auf der mindestens ein Nockenträger (9 ) drehfest und axial verschiebbar angeordnet ist, wobei der mindestens eine Nockenträger (9 ) mittels einer Rastvorrichtung fixiert wird, die in der mindestens einen Grundnockenwelle (1 ) in einer Aussparung angeordnet ist, und die aus einem Federelement und einem Rastelement besteht, dadurch gekennzeichnet, dass die Aussparung in der mindestens einen Grundnockenwelle (1 ) eine Primärbohrung (4 ) zur Aufnahme des Federelementes und des Rastelementes aufweist, und dass in der mindestens einen Grundnockenwelle (1 ) mindestens eine Ausnehmung ausgebildet ist, die an der Oberfläche der mindestens einen Grundnockenwelle (1 ) den Umfangskreis der Primärbohrung (4 ) durchbricht. - Ventiltrieb nach Anspruch 1, dadurch gekennzeichnet, dass die Primärbohrung (
4 ) im Bereich des Federelementes einen ersten Durchmesser aufweist, dass die Primärbohrung (4 ) im Bereich des Rastelementes einen zweiten Durchmesser aufweist, dass der erste Durchmesser der Primärbohrung (4 ) und der zweite Durchmesser der Primärbohrung (4 ) die selbe Bohrachse aufweisen, und dass der erste Durchmesser kleiner ist als der zweite Durchmesser. - Ventiltrieb nach Anspruch 1 oder 2, dadurch gekennzeichnet, dass die mindestens eine Ausnehmung als Versorgungsbohrung (
7 ) ausgebildet ist, dass die mindestens eine Versorgungsbohrung (7 ) einen kleineren Durchmesser als die Primärbohrung (4 ) aufweist, und dass die Bohrachse der mindestens einen Versorgungsbohrung (7 ) axial gegenüber der Bohrachse der Primärbohrung (4 ) versetzt ist. - Ventiltrieb nach Anspruch 3, dadurch gekennzeichnet, dass die Bohrachse der Versorgungsbohrung (
7 ) gegenüber der Bohrachse der Primärbohrung (4 ) einen Winkel aufweist. - Ventiltrieb nach Anspruch 1 oder 2, dadurch gekennzeichnet, dass die mindestens eine Ausnehmung als schmale Rampe (
8 ) ausgebildet ist, die an der Oberfläche der mindestens einen Grundnockenwelle (1 ) den Umfangskreis der Primärbohrung (4 ) schneidet. - Ventiltrieb nach einem der Ansprüche 1 bis 5, dadurch gekennzeichnet, dass zwei Ausnehmungen vorgesehen sind, die an der Oberfläche der mindestens einen Grundnockenwelle (
1 ) den Umfangskreis der Primärbohrung (4 ) schneiden. - Ventiltrieb nach einem der Ansprüche 1 bis 6, dadurch gekennzeichnet, dass das Federelement eine Druckfeder (
3 ) ist. - Ventiltrieb nach einem der Ansprüche 1 bis 7, dadurch gekennzeichnet, dass das Rastelement eine Rastkugel (
2 ) ist.
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