DE102007010155A1

DE102007010155A1 - Ventiltrieb einer Brennkraftmaschine mit dreistufigen Nockenprofilgruppen

Info

Publication number: DE102007010155A1
Application number: DE102007010155A
Authority: DE
Inventors: Dirk Schöneberg; Holger Voges
Original assignee: Audi AG
Current assignee: Audi AG
Priority date: 2007-03-02
Filing date: 2007-03-02
Publication date: 2008-09-04

Abstract

Die Erfindung betrifft einen Ventiltrieb (1) einer Brennkraftmaschine mit mindestens einer Nockenwelle (4), mindestens einem drehfest und axial verschiebbar auf der Nockenwelle (4) geführten Nockenträger (5), der mindestens eine Nockenprofilgruppe (6, 7) mit mehreren unterschiedlichen Nockenprofilen (16, 17, 18) aufweist, wobei eines der Nockenprofile (16, 17, 18) als Grundkreisprofil (18) ausgebildet ist, sowie einem Lager (15) zur drehbaren Lagerung des Nockenträgers (5). Damit sich der Verschiebeweg des Nockenträgers (5) ohne Probleme hinsichtlich der axialen Dimensionierung des Lagers (15) vergrößern lässt, wird erfindungsgemäß vorgeschlagen, dass der Innendurchmesser des Lagers (15) an den Außendurchmesser des Grundkreisprofils (18) angepasst ist, so dass das Grundkreisprofil (18) bei der Verschiebung des Nockenträgers (5) bis in das Lager (15) hinein verschiebbar ist.

Description

Die Erfindung betrifft einen Ventiltrieb einer Brennkraftmaschine gemäß dem Oberbegriff des Anspruchs 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 Hubs von Gaswechselventilen von Zylindern der Brennkraftmaschine ermöglichen.
Aus der DE 10 2004 011 586 A1 ist bereits eine Vorrichtung der eingangs genannten Art bekannt, bei der ein Nockenträger drehfest und axial verschiebbar auf einer Grundnockenwelle angeordnet ist. Zur Betätigung von zwei Gaswechselventilen eines Zylinders der Brennkraftmaschine sind auf dem Nockenträger zwei axial versetzte Nockenprofilgruppen vorgesehen, von denen jede zwei verschiedene Nockenprofile aufweist. Durch axiale Verschiebung des Nockenträgers auf der Grundnockenwelle zwischen zwei Verschiebestellungen kann jeweils eines der beiden Nockenprofile jeder Nockenprofilgruppe mit einem Schlepphebel des Ventiltriebs von einem der Gaswechselventile in Anlagekontakt gebracht werden. Die axiale Verschiebung des Nockenträgers auf der Nockenwelle erfolgt mit Hilfe von zwei Stellorganen in Form von Aktuatoren, die axial versetzt in einem Zylinderkopfgehäuse der Brennkraftmaschine angeordnet sind und jeweils ein Eingriffselement in Form eines Mitnehmerstifts aufweisen. Durch Betätigung von jeweils einem der Stellorgane lässt sich dessen Mitnehmerstift mit einer Kurvenkulisse auf dem Nockenträger in Eingriff bringen. Die Kurvenkulisse weist bei dem einen der beiden Stellorgane eine linksdrehende schraubenförmige Nut und bei dem anderen der beiden Stellorgane eine rechtsdrehende schraubenförmige Nut auf, so dass der Nockenträger zwischen den beiden Verschiebestellungen nach rechts bzw. links verschoben wird, wenn das eine oder das andere Stellorgan betätigt wird. Der Nockenträger ist in einem Drehlager zwischen den beiden Nockenprofilgruppen drehbar und axial verschiebbar gelagert. Die DE 10 2004 021 375 A1 offenbart ebenfalls eine solche Vorrichtung.
Zur Verbesserung der Beeinflussung des Arbeitsspiels des Ventiltriebs wäre es wünschenswert, die Nockenprofilgruppen um eine weitere Nockenkontur bzw. um ein weiteres Nockenprofil zu erweitern. Das weitere Nockenprofil kann dabei ein Grundkreisprofil sein, so dass das Gaswechselventil während des Zusammenwirkens des Grundkreispro fils mit dem Schlepphebel des Ventiltriebs während einer ganzen Umdrehung der Nockenwelle geschlossen gehalten werden kann, z. B. zur Darstellung eines Zylinder- oder Ventilabschalters. Eine Erweiterung der Nockenprofilgruppen um ein weiteres Nockenprofil macht es jedoch erforderlich, den Nockenträger zwischen drei verschiedenen Verschiebestellungen hin und her zu bewegen, in denen jeweils eines der Nockenprofile mit dem Schlepphebel des Ventiltriebs zusammenwirkt. Dadurch wird der Verschiebeweg des Nockenträgers länger, was in Anbetracht des relativ geringen axialen Abstands zwischen zwei benachbarten Gaswechselventilen eines Zylinders insbesondere im Fall einer Lagerung des Nockenträgers zwischen den Ventilen zu Problemen bei der axialen Dimensionierung des Lagers führen kann.
Ausgehend hiervon liegt der Erfindung die Aufgabe zugrunde, eine Vorrichtung der eingangs genannten Art dahingehend zu verbessern, dass sich der Verschiebeweg des Nockenträgers ohne Probleme hinsichtlich der axialen Dimensionierung des Lagers vergrößern lässt, insbesondere wenn diese zwischen den Ventilen angeordnet ist.
Diese Aufgabe wird erfindungsgemäß dadurch gelöst, dass der Innendurchmesser des Lagers an den Außendurchmesser des Grundkreisprofils angepasst wird, so dass das Grundkreisprofil bei der Verschiebung des Nockenträgers bis in das Lager hinein verschiebbar ist.
Der Erfindung liegt der Gedanke zugrunde, den Innendurchmesser des Lagers bis auf den Außendurchmesser des Grundkreisprofils des Nockenträgers zu erweitern, so dass sich das Grundkreisprofil der oder einer Nockenprofilgruppe bei einer Verschiebung des Nockenträgers auf der Nockenwelle ganz oder zumindest teilweise in das Lager hinein verschieben lässt.
Durch diese Maßnahme wird es möglich, den axialen Verschiebeweg des Nockenträgers ohne Probleme mit der axialen Dimensionierung des Lagers oder der Nockenprofile zu vergrößern und dadurch eine Verlagerung des Nockenträgers zwischen drei verschiedenen Verschiebestellungen zu ermöglichen.
Eine bevorzugte Ausgestaltung der Erfindung sieht vor, den Innendurchmesser des Lagers so an den Außendurchmesser des Grundkreisprofils anzupassen, dass das Grundkreisprofil mit Gleitpassung in das Lager hinein verschiebbar ist. Dadurch wird erreicht, dass der Nockenträger entlang des Grundkreisprofils gegenüber dem Zylinderkopfgehäuse abgestützt wird, wenn das Grundkreisprofil innerhalb des Lagers angeordnet ist.
Eine weitere vorteilhafte Ausgestaltung der Erfindung sieht vor, dass das Grundkreisprofil schmaler als das Lager ist und an einen zwischen den beiden Nockenprofilgruppen angeordneten zylindrischen Umfangsabschnitt des Nockenträgers angrenzt, der denselben Außendurchmesser wie das Grundkreisprofil aufweist, so dass die Auflagefläche, auf der sich der Nockenträger innerhalb des Lagers abstützt, während der Verschiebung des Nockenträgers zwischen den verschiedenen Verschiebestellungen stets dieselbe bleibt.
Das Lager kann als Gleitlager oder als Wälzlager ausgebildet sein und stützt den Nockenträger vorzugsweise zwischen den beiden Nockenprofilgruppen ab. Dabei sind die Nockenprofile der beiden im Abstand voneinander angeordneten Nockenprofilgruppen vorzugsweise derart entlang des Nockenträgers angeordnet, dass bei einer Nockenprofilgruppe das Grundkreisprofil zum Lager benachbart ist, so dass es in das Lager hinein verschoben werden kann, vorzugsweise so weit, bis das benachbarte, über das Grundkreisprofil überstehende Nockenprofil in einer der beiden Endstellungen des Nockenträgers mit seiner Stirnseite gegen eine benachbarte Stirnseite des Lagers anschlägt, um den Verschiebeweg des Nockenträgers in einer Richtung zu begrenzen.
Bei der anderen Nockenprofilgruppe ist das Grundkreisprofil zweckmäßig das am weitesten vom Lager entfernte Nockenprofil, so dass zum einen die Reihenfolge der Nockenprofile der beiden Nockenprofilgruppen in jeder Verschieberichtung dieselbe ist und dass zum anderen das zum Lager benachbarte Nockenprofil in der anderen der beiden Endstellungen des Nockenträgers mit seiner Stirnseite ebenfalls gegen eine benachbarte Stirnseite des Lagers anschlagen kann, um den Verschiebeweg des Nockenträgers in der anderen Richtung zu begrenzen.
Im folgenden wird die Erfindung anhand eines in der Zeichnung dargestellten Ausführungsbeispiels näher erläutert. Es zeigen:
1: eine teilweise weggeschnittene perspektivische Ansicht eines Ventiltriebs von zwei Einlassventilen eines Zylinders einer Brennkraftmaschine mit einem auf der Nockenwelle verschiebbaren Nockenträger;
2: eine teilweise weggeschnittene Seitenansicht des Ventiltriebs in einer ersten Verschiebestellung des Nockenträgers;
3: eine Ansicht entsprechend 1, jedoch in einer zweiten Verschiebestellung des Nockenträgers;
4: eine Ansicht entsprechend 1 und 2, jedoch in einer dritten Verschiebestellung des Nockenträgers;
5: eine Querschnittsansicht der Nockenwelle und des Nockenträgers entlang der Linie V-V der 2.
Bei dem in der Zeichnung nur teilweise dargestellte Ventiltrieb 1 für zwei Einlassventile 2, 3 eines Zylinders (nicht dargestellt) einer Brennkraftmaschine mit einer obenliegenden, in einem Zylinderkopfgehäuse der Brennkraftmaschine drehbar gelagerten Nockenwelle 4 lassen sich der Hub und die Öffnungszeiten der beiden von der Nockenwelle 4 betätigten Einlassventile 2, 3 des Zylinders verstellen.
Wie in 1 dargestellt, umfasst der Ventiltrieb 1 dazu für jeden Zylinder bzw. jedes Paar von Einlassventilen 2, 3 einen drehfest und axial verschiebbar auf der Nockenwelle 4 montierten Nockenträger 5, der zwei im axialen Abstand voneinander angeordnete Nockenprofilgruppen 6, 7 trägt. Jede der beiden Nockenprofilgruppen 6, 7 wirkt mit einem schwenkbar gelagerten Rollenschlepphebel 8, 9 von einem der Einlassventile 2, 3 zusammen. Der Rollenschlepphebel 8 bzw. 9 weist eine im Anlagekontakt mit dem Nockenträger 5 stehende Rolle 10 auf, über die ein am unteren Ende mit einem Ventilteller 11 versehenes Ventilglied 12 betätigt wird, das sich zum Öffnen des jeweiligen Ventils 2, 3 entgegen der Kraft einer Ventilfeder (nicht dargestellt) im Zylinderkopf nach unten drücken lässt. Der Ventiltrieb 1 umfasst darüber hinaus ein hydraulisches Ventilspielausgleichselement 13 für jedes der beiden Ventile 2, 3.
Wie in den 1 bis 4 schematisch dargestellt, ist der Nockenträger 5 zwischen den beiden Einlassventilen 2, 3 mittels eines Gleit- oder Wälzlagers 15 in einem zylinderkopffesten Lagerbock 14 gelagert, von dem nur die untere Hälfte dargestellt ist.
Jede der beiden Nockenprofilgruppen 6, 7 des Nockenträgers 5 weist drei unterschiedliche Nockenkonturen oder Nockenprofile 16, 17, 18 auf, die sich durch axiale Verschiebung des Nockenträgers 5 auf der Nockenwelle 4 wahlweise mit der Rolle 10 des Schlepphebels 8 bzw. 9 des zugehörigen Einlassventils 2 bzw. 3 in Anlagekontakt bringen lassen.
Von den drei Nockenprofilen 16, 17, 18 ist das am weitesten rechts dargestellte als ein zur Drehachse 19 der Nockenwelle 4 konzentrisches Grundkreisprofil 18 ausgebildet, dessen Außendurchmesser dem Durchmesser eines Grundkreisabschnitts 20 (vgl. 5) der beiden anderen Nockenprofile 17, 18 entspricht. Demgegenüber weisen die beiden Nockenprofile 17, 18 über das Grundkreisprofil 18 überstehende Hubkurven auf, deren Scheitel jeweils in unterschiedlich großen Abständen von der Drehachse 19 der Nockenwelle 4 angeordnet sind. Diese Abstände sind so an die Hubhöhe des Ventilglieds 12 angepasst, dass das Einlassventil 2, 3 ganz geöffnet wird, wenn in einer ersten Verschiebestellung des Nockenträgers 5 das größte Nockenprofil 16 mit der Rolle 10 des Schlepphebels 8 bzw. 9 zusammenwirkt, wie in 1 und 2 dargestellt, während das Einlassventil 2, 3 teilweise geöffnet wird, wenn in einer zweiten Verschiebestellung des Nockenträgers 5 das benachbarte mittlere Nockenprofil 17 oberhalb der Rolle 10 des Schlepphebels 8 bzw. 9 angeordnet ist und mit dieser zusammenwirkt, wie in 3 dargestellt. Wenn in einer dritten Verschiebstellung des Nockenträgers 5 das Grundkreisprofil 18 mit der Rolle 10 zusammenwirkt, wie in 4 dargestellt, bleibt das Einlassventil 2, 3 hingegen während der gesamten Umdrehung der Nockenwelle 4 geschlossen.
Die Reihenfolge der drei Nockenprofile 16, 17, 18 jeder Nockenprofilgruppe 6, 7 auf dem Nockenträger 5 ist dieselbe, d. h. von links gesehen kommt zuerst das größte Nockenprofil 16, dann das mittlere Nockenprofil 17 und zuletzt das Grundkreisprofil 18, dessen Außendurchmesser dem Außendurchmesser eines an das Grundkreisprofil 18 angrenzenden Umfangsabschnitts 21 des Nockenträgers 5 entspricht, der sich zwischen den beiden Nockenprofilgruppen 6, 7 erstreckt. Die Nockenprofile 16, 17 verschiedener Nockenprofilgruppen 6, 7 können unterschiedlich geformt und/oder bemessen sein.
Das Grundkreisprofil 18 der Nockenprofilgruppe 6 befindet sich auf der zum Lagerbock 14 benachbarten Seite der Nockenprofilgruppe 6, während das Grundkreisprofil 18 der Nockenprofilgruppe 7 auf der vom Lagerbock 14 abgewandten Seite der Nockenprofilgruppe 7 angeordnet ist.
Der hohlzylindrische Nockenträger 5 weist an seinem inneren Umfang eine Längsverzahnung 22 auf, die mit einer komplementären Außenverzahnung 23 auf der Nockenwelle 4 kämmt, wie am besten in 5 dargestellt, um die axiale Verschiebung des Nockenträgers 5 auf der Nockenwelle 4 zu ermöglichen.
Die axiale Verschiebung des Nockenträgers 5 auf der Nockenwelle 4 zur Verstellung des Hubs oder der Öffnungszeiten der beiden Einlassventile 2, 3 erfolgt bei Bedarf und wird immer dann vorgenommen, wenn der Grundkreisabschnitt 20 von einem der Nockenprofile 16, 17, 18 während eines Drehwinkels der Nockenwelle 4 von etwa 180 Grad den Rollen 10 der Schlepphebel 8, 9 gegenüberliegt.
Das Maß der axialen Verschiebung des Nockenträgers 5 zwischen der ersten Verschiebestellung (1 und 2) und der zweiten Verschiebestellung (3) bzw. zwischen der zweiten Verschiebestellung (3) und der dritten Verschiebestellung (4) entspricht jeweils dem Mittenabstand benachbarter Nockenprofile 16, 17 bzw. 17, 18.
Der Innendurchmesser des Gleit- oder Wälzlagers 15 ist so gewählt, dass er nicht nur dem Außendurchmesser des zwischen den Nockenprofilgruppen 6 und 7 liegenden zylindrischen Umfangsabschnitts 21 des Nockenträgers 5 sondern auch dem Außendurchmesser des Grundkreisprofils 18 der beiden Nockenprofilgruppen 6 und 7 entspricht, so dass sich das zum Lager 15 benachbarte Grundkreisprofil 18 der linken Nockenprofilgruppe 6 mit Gleitpassung bis in das Lager 15 hinein verschieben lässt, wie in 1 und 2 dargestellt, wenn das größte Nockenprofil 16 beider Nockenprofilgruppen 6, 7 mit der Rolle 10 des zugehörigen Schlepphebels 8 bzw. 9 in Anlagekontakt gebracht werden soll.
Dadurch kann das Lager 15 bei gleichem Verschiebeweg zwischen der ersten und der dritten Verschiebestellung des Nockenträgers 5 breiter gemacht werden.
Die Nockenprofile 16, 17 und 18 und damit auch das Grundkreisprofil 18 weisen eine geringere Breite als das Lager 15 auf, so dass in der in 1 und 2 dargestellten ersten Verschiebestellung nicht nur das Grundkreisprofil 18 sondern auch ein angrenzender Teil des Umfangsabschnitts 21 des Nockenträgers 5 im Lager 15 geführt und abgestützt ist.
Die Breite des Abschnitts 21 und der Nockenprofile 16, 17, 18 ist zweckmäßig so gewählt, dass beim Verschieben des Nockenträgers in die 1 und 2 dargestellte erste Verschiebestellung das mittlere, an das Grundkreisprofil 18 angrenzende Nockenprofil 17 der Nockenprofilgruppe 6 von links her gegen die linke Stirnseite des Lagers 15 bzw. des Lagerbocks 14 anschlägt und den Verschiebeweg des Nockenträgers 5 in einer Richtung begrenzt, während beim Verschieben des Nockenträgers 5 in die in 4 dargestellte dritte Verschiebestellung das große Nockenprofil 18 der Nockenprofilgruppe 7 von rechts her gegen die rechte Stirnseite des Lagers 15 bzw. des Lagerbocks 14 an schlägt und den Verschiebeweg des Nockenträgers 5 auf der Nockenwelle 4 in entgegengesetzter Richtung begrenzt.

1: Ventiltrieb
2: Einlassventil
3: Einlassventil
4: Nockenwelle
5: Nockenträger
6: Nockenprofilgruppe
7: Nockenprofilgruppe
8: Rollenschlepphebel
9: Rollenschlepphebel
10: Rolle
11: Ventilteller
12: Ventilglied
13: Ventilspielausgleichselement
14: Lagerbock
15: Lager
16: Nockenprofil
17: Nockenprofil
18: Grundkreisprofil
19: Drehachse Nockenwelle
20: Grundkreisabschnitt
21: Umfangsabschnitt
22: Innenverzahnung Nockenträger
23: Außenverzahnung Nockenwelle

ZITATE ENTHALTEN IN DER BESCHREIBUNG
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Zitierte Patentliteratur

- DE 102004011586 A1 [0003]
- DE 102004021375 A1 [0003]

Claims

Ventiltrieb einer Brennkraftmaschine mit mindestens einer Nockenwelle, mindestens einem drehfest und axial verschiebbar auf der Nockenwelle geführten Nockenträger, der mindestens eine Nockenprofilgruppe mit mehreren unterschiedlichen Nockenprofilen aufweist, wobei eines der Nockenprofile als Grundkreisprofil ausgebildet ist, sowie einem Lager zur drehbaren Lagerung des Nockenträgers, dadurch gekennzeichnet, dass der Innendurchmesser des Lagers (15) an den Außendurchmesser des Grundkreisprofils (18) angepasst ist, so dass das Grundkreisprofil (18) bei der Verschiebung des Nockenträgers (5) bis in das Lager (15) hinein verschiebbar ist.
Ventiltrieb nach Anspruch 1, dadurch gekennzeichnet, dass der Innendurchmesser des Lagers (15) so an den Außendurchmesser des Grundkreisprofils (18) angepasst ist, dass das Grundkreisprofil (18) mit Gleitpassung in das Lager (15) hinein verschiebbar ist.
Ventiltrieb nach Anspruch 1 oder 2, dadurch gekennzeichnet, dass das Grundkreisprofil (18) schmaler als das Lager (15) ist.
Ventiltrieb nach einem der vorangehenden Ansprüche, dadurch gekennzeichnet, dass das Grundkreisprofil (18) an einen zu der Nockenprofilgruppe (6) benachbarten zylindrischen Umfangsabschnitt (21) des Nockenträgers (5) angrenzt, der denselben Außendurchmesser wie das Grundkreisprofil (18) aufweist.
Ventiltrieb nach einem der vorangehenden Ansprüche, dadurch gekennzeichnet, dass die Nockenprofilgruppe (6, 7) einschließlich des Grundkreisprofils (18) drei Nockenprofile (16, 17, 18) aufweist.
Ventiltrieb nach einem der vorangehenden Ansprüche, dadurch gekennzeichnet, dass mindestens ein Teil (16, 17) der Nockenprofile (16, 17, 18) Hubkurven aufweist, deren Scheitel gleiche oder unterschiedliche Abstände von einer Drehachse (19) der Nockenwelle (4) aufweisen.
Ventiltrieb nach einem der vorangehenden Ansprüche, dadurch gekennzeichnet, dass das Lager (15) zwischen zwei im Abstand auf dem Nockenträger (5) ausgebildeten Nockenprofilgruppen (6, 7) angeordnet ist.
Ventiltrieb nach Anspruch 7, dadurch gekennzeichnet, dass das Grundkreisprofil (18) der einen (6) der beiden Nockenprofilgruppen (6, 7) auf der dem Lager (15) zugewandten Seite der Nockenprofilgruppe (6) angeordnet ist und dass das Grundkreisprofil (18) der anderen (7) der beiden Nockenprofilgruppen (6, 7) auf der vom Lager (15) abgewandten Seite der Nockenprofilgruppe (7) angeordnet ist.
Ventiltrieb nach Anspruch 7 oder 8, dadurch gekennzeichnet, dass entgegengesetzte Stirnseiten des Lagers (15) als Anschlag für ein Nockenprofil (16, 17) der beiden Nockenprofilgruppen (6, 7) dienen, wobei eine (6) der beiden Nockenprofilgruppen (6, 7) mit einer Stirnseite eines an das Grundkreisprofil (18) angrenzenden Nockenprofils (17) und die andere (7) der beiden Nockenprofilgruppen (6, 7) mit einer Stirnseite eines zum Grundkreisprofil (18) entgegengesetzten Nockenprofils (16) gegen die jeweilige Stirnseite des Lagers (15) anschlägt.
Brennkraftmaschine, gekennzeichnet durch mindestens einen Ventiltrieb (1) nach einem der vorangehenden Ansprüche.