DE102007040021A1

DE102007040021A1 - Ventiltrieb einer Brennkraftmaschine mit einem schaltbaren Nockenfolger

Info

Publication number: DE102007040021A1
Application number: DE102007040021A
Authority: DE
Inventors: Mario Kuhl; Norbert Nitz; Lothar Von Schimonsky
Original assignee: Schaeffler KG
Current assignee: Schaeffler Technologies AG and Co KG
Priority date: 2007-08-24
Filing date: 2007-08-24
Publication date: 2009-02-26
Also published as: WO2009027183A1

Abstract

Die Erfindung betrifft einen Ventiltrieb einer Brennkraftmaschine mit einem schaltbaren Nockenfolger (1), insbesondere einem Rollenstößel, zur Betätigung wenigstens eines Gaswechselventils mit unterschiedlichen Ventilhüben und/oder Ventilsteuerzeiten oder zu dessen zeitweiliger Deaktivierung, bei dem der Nockenfolger (1) eine Nockenanlaufeinrichtung (27) für eine zugeordnete Nockenanordnung (2) einer Nockenwelle (3) aufweist. Zur Vereinfachung und Kostenreduzierung des Rollenstößels (1), wobei dessen Aufbau eine hohe Steifigkeit aufweisen und der im Betrieb möglichst reibungsarm sowie wenig spielbehaftet sein soll, ist an der Nockenanlaufeinrichtung (27) wenigstens eine axial verschiebbar gelagerte Nockenanlaufrolle (6) und an der Nockenwelle (3) ein radial verschiebbares Schaltsegment (13) angeordnet, über das die Nockenanlaufrolle (6) aus einer ersten in eine zweite axiale Stellung positionierbar ist, so dass der Nockenfolger (1) mittels einer Ansteuerung des Schaltsegmentes (13) bei einer zugeordneten Nockenanordnung (6) mit nur einem Nocken (11), ohne Nockenkontakt abschaltbar oder bei einer zugeordneten Nockenanordnung mit mehreren Nocken, zwischen unterschiedlichen Nockenhüben umschaltbar ist.

Description

Gebiet der Erfindung
Die Erfindung betrifft einen Ventiltrieb einer Brennkraftmaschine mit einem schaltbaren Nockenfolger, insbesondere einem Rollenstößel, zur Betätigung wenigstens eines Gaswechselventils mit unterschiedlichen Ventilhüben und/oder Ventilsteuerzeiten oder zu dessen zeitweiliger Deaktivierung, bei dem der Nockenfolger eine Nockenanlaufeinrichtung für eine zugeordnete Nockenanordnung einer Nockenwelle aufweist.
Hintergrund der Erfindung
In modernen Kraftfahrzeugen werden zunehmend variable Ventilsteuerungen zum Betreiben der Brennkraftmaschine eingesetzt. Über den gezielten Einsatz von wechselnden Ventilhüben bzw. Ventilsteuerzeiten oder das zeitweilige Abschalten einzelner Ventile oder kompletter Zylinder sollen einerseits die drehzahlabhängige Leistungsentfaltung und Drehmomententwicklung des Motors sowie dessen Leerlaufverhalten möglichst effektiv genutzt bzw. eingestellt wer den, und andererseits der Kraftstoffverbrauch sowie die Abgasemissionen minimiert werden. Grundsätzlich ermöglichen größere Ventilhübe (Großhub oder Vollhub) und kürzere Öffnungszeiten höhere Spitzenleistungen der Brennkraftmaschine, allerdings bei erhöhtem Kraftstoffverbrauch und vergleichsweise verringertem Drehmoment. Kleinere Ventilhübe (Kleinhub oder Teilhub) verbessern hingegen insbesondere das Drehmoment bei niedrigen Motordrehzahlen. Ein temporäres komplettes Abschalten eines oder mehrerer Ventile bzw. eines Zylinders oder mehrerer Zylinder (Nullhub/Deaktivierung) kann schließlich, insbesondere bei vielzylindrigen Brennkraftmaschinen, zur Kraftstoffeinsparung und Abgasemissionsreduzierung beitragen.
Als variable Ventilsteuerungen sind zahlreiche verschiedene Konzepte mit Nockenwellensteuerungen entwickelt worden, die unterschiedliche Nockenprofile, Nockenwellenverstellungen und/oder Nockenfolgerverstellungen einsetzen. Weiterhin sind bereits vollautomatische elektromagnetische bzw. elektrohydraulische Ventiltriebe vorgeschlagen worden, welche die herkömmliche Nockenwellensteuerung komplett ersetzen.
Bei einer Verdrehung der Nockenwelle gegenüber der Kurbelwelle kann die Ventilüberschneidung, also insbesondere der Einlasszeitpunkt geändert, beispielsweise auf „spätes Einlassschließen" gestellt werden, um bei verringerter Motordrehzahl ein stabileres Leerlaufverhalten und bei hohen Drehzahlen eine gesteigerte Spitzenleistung zur erreichen oder auf „frühes Einlassschließen" gestellt werden, um die Motorleistung bei mittleren Drehzahlen zu erhöhen. Bei Ventiltrieben mit zwei Nockenwellen kann zudem über eine unabhängige Verstellung der Auslassnockenwelle ein besseres Emissionsverhalten erzielt werden.
Bei einer Umschaltung zwischen unterschiedlichen Nocken von den Zylindern bzw. Gaswechselventilen zugeordneten Nockenanordnungen der Nockenwelle wandern unterschiedliche Nockenkonturen über die Nockenfolger, wobei die Größe der Nocken, also die radiale Nockenerhebung, den Stellweg und damit den Ventilhub verändert, und die Schärfe der Nocken, das heißt das Nockenprofil, wiederum die Öffnungs- und Schließzeit beeinflusst.
Bei einer vollvariablen Ventilsteuerung werden schließlich unterschiedliche Nockenprofile, Nockenwellenverdrehungen und gegebenenfalls bei räumlichen Nockenprofilen axiale Nockenwellenverschiebungen in Wirkverbindung genutzt, um sowohl Hübe als auch Steuerzeiten möglichst frei zu variieren. Diese Ventilsteuerungen erreichen eine ähnliche Variabilität wie elektrische Ventilsteuerungen ohne Nockenwelle.
Zur Erzeugung unterschiedlicher Ventilhübe an Gaswechselventilen über den Antrieb mittels Nockenwelle kommen vorwiegend schaltbare, direkt oder indirekt über die Nockenwelle beaufschlagbare Nockenfolger in Betracht, die zwischen den Ventilen und der Nockenwelle im Zylinderkopf der Brennkraftmaschine angeordnet sind. Derartige Nockenfolger können als Kipphebel, Schlepp- oder Schwinghebel und Tassenstößel, sogenannte Schalttassen, ausgebildet sein.
Bekannte schaltbare Tassenstößel bestehen im Wesentlichen aus zwei ineinander gesteckte zylindrische Körper, die zueinander axial beweglich angeordnet und über Koppelmittel miteinander verriegelbar sind, wobei die jeweilige Nockenkraft über einen Tassenboden übertragen wird. An einem stirnseitigen Ende des Stößels ist ein Abgriff für einen Nocken und an dem anderen Ende eine Anlagefläche für ein Ende eines Gaswechselventils oder eine Stößelstange vorgesehen. Der Nockenabgriff kann als eine Gleitfläche oder bei einer Ausführung als Rollenstößel als eine drehbar gelagerte Nockenanlaufrolle ausgebildet sein. Rollen-Nockenfolger haben gegenüber Gleitflächen-Nockenfolgern prinzipiell den Vorteil, dass die Kraftübertragung zwischen Nocken und Nockenfolger reibungsärmer ist.
Die DE 102 04 673 A1 zeigt einen solchen Rollenstößel, bei dem im Innenteil zwei diametral gegenüberliegende federbelastete Kolben angeordnet sind. Die Kolben sind in einer Aufnahmebohrung geführt, die einer ringnutförmigen Auf nahme des Außenteils gegenüberliegt. Eine Lost-Motion-Feder positioniert Außen- und Innenteil so zueinander, dass die Aufnahmen zueinander fluchten. In einer Grundstellung sind die Kolben mittels Federkraft in die Ringnut eingerückt. Dadurch ist der Nockenfolger verriegelt, wodurch er bei einer Nockenbeaufschlagung, abgesehen von einem gegebenenfalls integrierten hydraulischen Ventilspielausgleich, als starres Element wirkt. Durch eine hydraulische Beaufschlagung der Verriegelungskolben werden diese in die innere Aufnahme zurückgefahren, wodurch sich die beiden Stößelteile bei einer Nockenbeaufschlagung teleskopartig ineinanderschieben, so dass sich die effektive Länge des Stößels verkürzt. Dementsprechend kann ein Nockenhub kompensiert oder eingeschränkt werden, so dass eine Nockenbeaufschlagung des Ventiltriebsgliedes keine oder eine eingeschränkte Betätigung eines zugeordneten Gaswechselventils zur Folge hat. Zudem ist eine Verdrehsicherung von Innenteil zu Außenteil vorgesehen.
Weiterhin sind Tassenstößel bekannt, die mit einer aus drei Nocken bestehenden Nockenanordnung kommunizieren. Dabei sind zwei äußere, gleich konturierte, und ein innerer dazu unterschiedlich konturierter Nocken angeordnet. Als Nockenabgriff fungieren die Bodenteile des Innenteils und des Außenteils des Stößels. Dabei kann, wie in der DE 44 92 633 C1 gezeigt, der Boden des Innenteils Anlauffläche für einen inneren Kleinhubnocken und der Boden des Außenteils Anlauffläche für zwei Großhubnocken sein.
Die DE 10 2004 039 705 A1 zeigt einen Tassenstößel, bei dem umgekehrt der Innenteilboden Anlauffläche für einen Großhubnocken und zwei Kreissegmente des Außenteilbodens Anlauffläche für zwei äußere Kleinhubnocken sind, wodurch vergleichsweise größere Teilhübe realisierbar sind. Dieser Stößel kann vorzugsweise aus Blech gefertigt sein. Als Koppelmittel können neben den herkömmlichen hydraulisch betätigbaren Kolben oder anderen linear verlagerbaren Verriegelungsmitteln auch verschwenkbare bremsbackenartige Segmente vorgesehen sein.
Nachteilig bei den bekannten schaltbaren Stößeln wirkt sich aus, dass sie in der herkömmlichen Bauweise aus Guss- oder Schmiedeteilen ein vergleichsweise hohes Gewicht aufweisen und relativ träge auf eine Ansteuerung reagieren. Zudem sind der Konstruktionsaufwand und die Fertigungskosten vergleichsweise hoch. Bei einer an sich vorteilhaften Leichtbauweise, wie beispielsweise in der DE 10 2004 039 705 A1 vorgeschlagen, können bei der herkömmlichen Konstruktion mit zwei ineinander gesteckten Hohlzylindern Steifigkeitsprobleme auftreten. Weiterhin sind die bekannten Koppelvorrichtungen für Außen- und Innenteil mit einem relativ großen Verriegelungsspiel behaftet, wodurch unerwünschte Kippmomente und Klemmkräfte auftreten können, welche die Leichtgängigkeit der Verriegelung beeinträchtigen. Schließlich können sowohl bei der Verriegelung und Entriegelung als auch bei der Relativbewegung von Außen- und Innenteil verhältnismäßig hohe Reibungsverluste entstehen.
Aufgabe der Erfindung
Der Erfindung liegt daher die Aufgabe zugrunde, einen schaltbaren Nockenfolger, insbesondere einen Rollenstößel, zu schaffen, bei dem die genannten Nachteile bezüglich Steifigkeit, Reibung und Verriegelungsspiel möglichst weitgehend beseitigt sind und der dennoch konstruktiv einfach sowie kostengünstig herstellbar ist.
Zusammenfassung der Erfindung
Der Erfindung liegt die Erkenntnis zugrunde, dass zur Realisierung einer einfachen variablen Ventilsteuerung einer Brennkraftmaschine, mit Stößeln zur Betätigung der Gaswechselventile über eine Nockenwelle, an der Nockenwelle ansteuerbare Stellelemente und an den Stößeln verschiebbare Nockenanlaufflächen angeordnet werden können, die in Zusammenwirkung eine wechselnde Positionierung der Nockenanlaufflächen gegenüber den Nocken zur Erzeugung unterschiedlicher oder keiner Nockenhübe ermöglichen und somit ein effekti ves Steuerungsmittel für Ventilabschaltungen und/oder Ventilhubumschaltungen darstellen.
Die Erfindung geht daher aus von einem Ventiltrieb einer Brennkraftmaschine mit einem schaltbaren Nockenfolger, insbesondere einem Rollenstößel, zur Betätigung wenigstens eines Gaswechselventils mit unterschiedlichen Ventilhüben und/oder Ventilsteuerzeiten oder zu dessen zeitweiliger Deaktivierung, bei dem der Nockenfolger eine Nockenanlaufeinrichtung für eine zugeordnete Nockenanordnung einer Nockenwelle aufweist. Zudem ist vorgesehen, dass an der Nockenanlaufeinrichtung wenigstens eine axial verschiebbar gelagerte Nockenanlaufrolle und an der Nockenwelle ein radial verschiebbares Schaltsegment angeordnet ist, über das die Nockenanlaufrolle aus einer ersten in eine zweite axiale Stellung positionierbar ist, so dass der Nockenfolger mittels einer Ansteuerung des Schaltsegmentes bei einer zugeordneten Nockenanordnung mit nur einem Nocken ohne Nockenkontakt abschaltbar oder bei einer zugeordneten Nockenanordnung mit mehreren Nocken zwischen unterschiedlichen Nockenhüben umschaltbar ist.
Bei diesem Aufbau wird vorteilhaft der Steuerungsmechanismus zum Umschalten oder Abschalten des Nockenfolgers im wesentlichen in die Nockenwelle verlagert. An dem Rollenstößel ist lediglich die Nockenanlaufrolle axial verschiebbar gelagert. Der Stößelkörper benötigt somit keine ineinander verschiebbaren zylindrischen Teile sowie keine Koppelmittel zu deren Verriegelung. Dadurch ist ein technisch sehr einfacher und stabiler Rollenstößel gebildet, der besonders schnell und reibungsarm schaltbar ist. Da ein unerwünschtes Verriegelungsspiel entfällt, ist die Hubübertragung des Nockenfolgers – ohne Berücksichtigung einer Ventilspielausgleichseinrichtung – zumindest nahezu spielfrei.
Während für die Implementierung schaltbarer Nockenfolger in bestehende Brennkraftmaschinen aufgrund der Bauraumverhältnisse in der Regel Änderungen am Zylinderkopf notwendig sind, sind dadurch, dass bei dem erfindungsgemäßen Rollenstößel die Steuerungsmittel zur Verschiebung der Rolle in der Nockenwelle angeordnet sind, keine oder allenfalls geringfügige derartige Änderungen am Zylinderkopf für den Einbau des Ventiltriebs mit den neuartigen Rollenstößeln erforderlich. Die Serienfertigung bedarf somit keine oder allenfalls geringfügige Umstellungen in der Zylinderkopffertigung, welches sich besonders kostengünstig auswirkt.
Bei einem erfindungsgemäßen abschaltbaren Rollenstößel weist die Nockenanlaufeinrichtung genau eine axial verschiebbare Nockenanlaufrolle und die zugeordnete Nockenanordnung genau einen Nocken auf, wobei eine Rückstellfeder die Nockenanlaufrolle bei nicht verschobenem Schaltsegment in einer Grundstellung hält, in der der Nocken bei der Nockenwellendrehung über die Nockenanlaufrolle auswandert bzw. bewegt wird sowie einen seiner Nockenkontur entsprechenden Nockenhub erzeugt, und wobei das Schaltsegment in einer radial verschobenen Schaltstellung die Nockenanlaufrolle gegen die Rückstellkraft der Rückstellfeder in einer Abschaltstellung hält, in welcher der Nocken frei läuft, also nicht in Kontakt mit der Nockenanlaufrolle ist.
Demnach ist die Nockenanlaufrolle drehbar und axial verschiebbar im Stößel angeordnet. Zur Lagerung ist ein besonders kostengünstiges und bauraumsparendes Gleitlager ausreichend. Es kann jedoch auch eine innere Wälzlagerung, insbesondere ein kompakt bauendes Nadellager auf einem Bolzen und/oder ein äußeres Wälzlager am Außendurchmesser der Rolle, vorteilhaft ebenfalls ein Nadellager, vorgesehen sein, über welche die Nockenanlaufrolle besonders reibungsarm läuft.
Die bevorzugt als eine Schraubendruckfeder ausgebildete Rückstellfeder beaufschlagt die Rolle von außen mit ihrer Federkraft, also vom Rand des zylindrischen Stößelkörpers nach innen. Über deren axiale Länge in entspanntem Zustand kann die axiale Grundstellung der Nockenanlaufrolle eingestellt werden. Vorteilhaft drückt die Rückstellfeder die Rolle mit einer bestimmten Vorspannung gegen einen Endanschlag zur Begrenzung eines maximalen Stellweges der Nockenanlaufrolle in Rückstellrichtung der Rückstellfeder und zur Fixierung der Rolle in der Grundposition.
Das radial auf der Nockenwelle verschiebbare Schaltsegment kann als ein benachbart zu dem Nocken auf dem Umfang der Nockenwelle geführter, sich rampenförmig verbreiternder Ring ausgebildet sein, der über eine sich im Inneren der Nockenwelle in radialer Richtung abstützende Rückstellfeder in einer radialen Grundstellung elastisch gehalten ist, und der über einen im Inneren der Nockenwelle diametral zu der Rückstellfeder vorzugsweise mit Führungsspiel formschlüssig geführten Betätigungskolben gegen die Rückstellkraft der Rückstellfeder in eine Schaltstellung radial verschiebbar ist. Über den Betätigungskolben wird somit das Schaltsegment gleichzeitig zur Kraftübertragung in Umfangsrichtung gesichert. Die Nockenwelle ist vorzugsweise hohl ausgebildet, so dass der Betätigungskolben über eine im Inneren der Nockenwelle verlaufende axiale Druckölzuführung mit einem Hydraulikdruck beaufschlagbar ist.
Außerdem kann vorgesehen sein, dass die Nockenanlaufrolle koaxial mit einer dem Schaltsegment gegenüberliegend angeordneten Steuernut verbunden ist, in die das Schaltsegment beim Verschieben in die Schaltstellung eingreift, so dass eine Drehbewegung der Nockenwelle, entsprechend des Verlaufs der Rampe des Schaltsegmentes über Tangentialkräfte, die auf die der Nockenanlaufrolle abgewandten Flanke der Steuernut wirken, in eine der Kraft der Rückstellfeder entgegengerichtete axiale Stellbewegung transferierbar ist.
Die Schalteinrichtung ist vorteilhaft also so ausgeführt, dass die Nockenwellendrehbewegung die Aufgabe der axialen Verschiebung der Rolle übernimmt. Eine radiale Schaltkraft fährt also lediglich das Schaltsegment aus, die tangentiale Kraftübertragung auf die Rolle erfolgt über eine seitliche Rampe des Schaltsegments. Da die Kraftüberragung im wesentlichen über die Nockenwellendrehbewegung erfolgt, ist zum Verschieben des Schalsegmentes ein relativ geringer Schaltdruck ausreichend. Grundsätzlich ist auch eine elektromechanische oder pneumatische Betätigung des Schaltsegmentes möglich.
Das Schaltsegment und eine Nockenerhebung des Nockens sind in Umfangsrichtung vorteilhaft in einem vorbestimmten Winkel zueinander ausgerichtet angeordnet, so dass die Nockenanlaufrolle ihre axiale Schaltstellung eingenommen hat, noch bevor die Nockenerhebung über die Nockenanlaufrolle bewegt wird. Durch diese Positionierung in Umfangsrichtung wird insbesondere erreicht, dass die Rollenverstellung kurz vor einer Ventilöffnung beendet ist. Während des Durchlaufs der Nockenerhebung in der Abschaltstellung wird die Rolle über die Rampe des Schaltsegmentes und/oder über die benachbarte Nockenflanke in ihrer axialen Position gehalten.
Durch den erfindungsgemäßen Aufbau des Rollenstößels mit einer einzelnen Anlaufrolle wird auf einfache Weise eine Ventilabschaltung ermöglicht. Bei einer, für eine Ventilumschaltung zwischen einem Großhub und einem Kleinhub besonders vorteilhaften weiteren Ausführungsform der Erfindung kann die Nockenanlaufeinrichtung zwei axial beabstandete und verschiebbar gelagerte sowie von einer Rückstellfedereinrichtung gegeneinandergerichtet beaufschlagte Nockenanlaufrollen und die Nockenanordnung zwei äußere, gleich konturierte Nocken und einen inneren dazu unterschiedlich konturierten Nocken aufweisen. Dabei ist in den inneren Nocken ein radial verschiebbares Schaltsegment integriert, das in einer ausgefahrenen Schaltstellung zwischen die beiden Nockenanlaufrollen eingreift und sie gegen die Rückstellkraft der Rückstellfedereinrichtung in eine axiale Umschaltstellung auseinander drückt, so dass die äußeren Nocken bei der Nockenwellendrehung zur Erzeugung eines ersten Nockenhubes über die Nockenanlaufrollen auswandern. Bei in eine radiale Grundstellung eingefahrenem Schaltsegment sind die beiden Nockenanlaufrollen durch die Rückstellkraft der Rückstellfedereinrichtung gegen einen Anschlag hingegen in eine axiale Grundstellung soweit zusammen geschoben, dass der innere Nocken bei der Nockenwellendrehung zur Erzeugung eines von dem ersten Nockenhub verschiedenen zweiten Nockenhubes über beide Nockenanlaufrollen auswandert.
Dabei können die beiden äußeren Nocken wahlweise als Groß- oder Kleinhubnocken und der innere Nocken entsprechend wahlweise als Klein- oder Großhubnocken ausgebildet sein. Es ist auch möglich, dass der oder die Kleinhubnocken als Nullhubnocken ausgebildet sind, also keinen Ventilhub erzeugen.
Ein besonders leichter und kostengünstiger Rollenschaltstößel kann in Leichtbauweise aus einem Leichtbauwerkstoff, beispielsweise dünnwandigem Stahlblech, hergestellt sein. Der erfindungsgemäße Aufbau mit einem einteiligen Stößelkörper, an dem eine oder zwei verschiebbare Rollen gelagert sind, und der in die Nockenwelle verlagerten Steuerung, zeigt eine vergleichsweise hohe Steifigkeit, so dass die Leichtbauweise für den erfindungsgemäßen Rollenstößel besonders geeignet ist. Zur weiteren Gewichtsreduzierung kann das Schaltsegment beispielsweise aus einem ausreichende Festigkeitseigenschaften aufweisenden Kunststoff bestehen.
Da Nockenfolger häufig mit einer integrierter hydraulischen Ventilspielausgleichseinrichtung zum automatischen Ausgleich eines Ventilspiels ausgestattet sind, kann schließlich vorteilhaft vorgesehen sein, dass die Nockenkontur des wenigstens einen Nockens der zugeordneten Nockenanordnung einen Grundkreis aufweist, der im Vergleich zu seiner Nockenerhebung einen größeren Umfangswinkel überstreicht. Dadurch, dass der Grundkreis breiter ist als der Nocken, wird eine besonders reibungsarme Rückschaltung bzw. Umschaltung zwischen den axialen Stellpositionen der Nockenanlaufrolle(n) sichergestellt. Der Rollenstößel mit dem erfindungsgemäßem Hubabschalt- bzw. Hubumschaltmechanismus ist somit besonders gut für Kombinationen mit einer hydraulischen Ventilspielausgleichseinrichtung, also eines integrierten Ausgleichsstößels, sowohl in der herkömmlichen Bauweise, bei der das Steuerventil von einer Feder in Schließrichtung beaufschlagt ist, als auch in der neueren RSHVA – Bauweise (Reverse Spring Hydraulisches Ventilspielausgleichselement), bei der das Steuerventil im Nocken-Grundkreisbereich durch Federkraft offen gehalten wird, geeignet.
Kurze Beschreibung der Zeichnungen
Die Erfindung wird im Folgenden anhand der beiliegenden Zeichnung an einer Ausführungsform näher erläutert. Darin zeigt
1 eine perspektivische Ansicht von vorne eines schaltbaren Rollenstößels mit einem verschiebbaren Rollenabgriff in einer Abschaltstellung sowie eine zugehörige Nockenanordnung einer Nockenwelle mit einem Schaltsegment zur Realisierung der Abschaltstellung,
2 den Rollenstößel der 1 in einer Ansicht von hinten,
3 den Rollenstößel der 1 in einer weiteren Ansicht von vorne mit verbessertem Blick auf das Schaltsegment,
4 eine perspektivische Ansicht des Rollenstößels von vorne in einer Grundstellung,
5 eine perspektivische Ansicht des Rollenstößels von vorne in der Abschaltstellung bei weiter gedrehter Nockenwelle, und
6 eine Seitenansicht des Rollenstößels gemäß 5, jedoch stirnseitig auf das Schaltsegment gerichtet.
Detaillierte Beschreibung der Zeichnungen
Demnach zeigt 1 einen als schaltbaren Rollenstößel ausgebildeten Nockenfolger 1 und eine zugeordnete Nockenanordnung 2 einer Nockenwelle 3 eines Ventiltriebes einer Brennkraftmaschine in einem Kraftfahrzeug, zur Betätigung und wahlweise zur Abschaltung eines nicht dargestellten zugeordneten Gaswechselventils.
Zweckmäßigerweise wird der Ventiltrieb je nach Anforderung an die variable Ventilsteuerung mit mehreren derartigen Nockenfolgern 1 und zugeordneten Nockenanordnungen 2 zur Beaufschlagung jeweils eines oder mehrerer Gaswechselventile eines oder mehrerer Zylinder der Brennkraftmaschine ausgeführt sein.
Der Rollenstößel 1 weist einen, vorzugsweise aus dünnwandigem Stahlblech gefertigten, Stößelkörper 4 auf, an dessen der Nockenwelle 3 zugewandtem stirnseitige Ende eine halbzylindrische Vertiefung 5 zur Aufnahme einer Nockenanlaufeinrichtung 27 ausgebildet ist. Die Nockenanlaufeinrichtung 27 weist im Wesentlichen eine Nockenanlaufrolle 6 auf. Diese Rolle 6 ist auf nicht näher dargestellte Weise in der Vertiefung 5 drehbar und axial verschiebbar gleitgelagert. Die Rolle 6 ist auf der dem Außenrand 8 der Vertiefung 5 zugewandten Seite koaxial mit einer Steuernut 7 verbunden, wobei Rolle 6 und Steuernut 7 ein einteiliges Bauteil bilden. Die Rolle 6 mit der Steuernut 7 ist von einer zwischen dem Stößelrand 8 und der Stirnseite der Steuernut 7 gelagerten Rückstellfeder 9 (4) in Richtung eines gegenüberliegend angeordneten Endanschlags 10 mit einer Federkraft beaufschlagt. Die Rückstellfeder 9 ist als eine Schraubendruckfeder ausgebildet. Der Endanschlag 10 ist hier ein in einer nicht näher bezeichneten Querbohrung des Stößels 1 fixierter Stift.
Der verschiebbaren Rolle 6 gegenüber befindet sich die axial feststehende Nockenwelle 3 mit der Nockenanordnung 2. Die Nockenanordnung 2 weist einen Nocken 11 auf, der mit einer radialen Nockenerhebung 12 konturiert ist. Der Steuernut 7 ist ein an der Nockenwelle 3 angeordnetes Schaltsegment 13 zugeordnet. Das Schaltsegment 13 ist als ein Ring ausgebildet, der sich in Richtung zum Stößelrand 8 rampenartig verbreitert. In der rückwärtigen Darstellung in 2 ist die Rampe 14 deutlich erkennbar. Die Rampe 14 ist in ihrer maximalen Breite 23 der Breite der Steuernut 7 angepasst, so dass sie formschlüssig in die Nut 7 eingreift. Außerhalb eines sich über den Umfang erstreckenden Bereichs mit der maximalen Rampenbreite 23 verjüngt sich die Rampe 14 in Umfangsrichtung nach beiden Seiten.
In 3 ist der Aufbau und die Anordnung des Schaltsegmentes 13 weiter verdeutlicht. Der Segmentring 13 ist auf der Nockenwelle 3 radial verschiebbar geführt. Dazu stützt sich in einer Radialbohrung 15 im Inneren der Nockenwelle 3, zwischen einem oberen Innenrand 16 des Segmentringes 13 und einem Anschlag 17, eine als Schraubendruckfeder ausgebildete Rückstellfeder 18 ab.
Diese Rückstellfeder 18 hält den Segmentring 13 elastisch in einer radialen Grundstellung. Diametral gegenüber der Rückstellfeder 18 ist ein Betätigungskolben 19 angeordnet, der sich zwischen einem Anschlag 20 und dem gegenüberliegenden unteren Innenrand 21 abstützt. Der Betätigungskolben 19 ist mit Führungsspiel dichtend in der Nockenwelle 3 versenkt. Durch den Betätigungskolben 19 ist das Schaltsegment 13 in Umfangsrichtung formschlüssig gesichert, so dass ein Drehmoment der Nockenwelle 3 auf das Schaltsegment 13 in Umfangsrichtung übertragbar ist. Über einen Druckkanal 22 der als Hohlwelle ausgebildeten Nockenwelle 3 ist der Betätigungskolben 19 gegen die Rückstellkraft der Feder 18 unter Mitnahme des Segmentringes 13 in radialer Stellrichtung 24 (6) ausfahrbar.
5 und 6 verdeutlichen die Orientierung der radialen Stellrichtung 24 des Schaltsegmentes 13 zum Verlauf der Rampe 14 und zur Nockenerhebung 12. Die Stellrichtung 24 und der Durchmesser der Nockenerhebung 12 sind hier in einem Winkel von 45° ausgerichtet.
Im Folgenden wird die Funktionsweise des Schaltstößels 1 erläutert:
In 4 befindet sich der Stößel 1 in einer Grundstellung, bei welcher der Nocken 11 entsprechend der Nockenwellendrehbewegung in üblicher Weise über die Anlaufrolle 6 auswandert und ein zugeordnetes Gaswechselventil öffnet. Die Rückstellfeder 9 drückt dabei die Rolle 6 gegen den Endanschlag 10 und hält sie in dieser Position.
Soll, nachdem das Ventil wieder geschlossen ist und der Nocken 11 im Grundkreis abläuft, der nächste Nockenhub ausgelassen werden, also das Ventil abgeschaltet werden, so wird ein hydraulischer Steuerdruck im Druckkanal 22 aufgebaut, der den Betätigungskolben 19 radial weg von der Rückstellfeder 18 ausfährt und damit den Segmentring 13 nach radial außen bewegt (3). Der Segmentring 13 greift daraufhin in seinem schmalen Bereich, also außerhalb der Rampe 14, in die Steuernut 7 ein. Über die weitere Drehung der Nockenwelle 3 greift die Rampe 14 an der äußeren Nutflanke 25 an und verdrängt die Steuernut 7 gegen die Kraft der Rückstellfeder 9 nach außen, so dass die Rolle 6 axial verschoben radial außerhalb des Wirkungsbereiches des Nockens 11 in eine Abschaltstellung positioniert wird. In der Folge läuft die Nockenerhebung 12 frei, also ohne Erzeugung eines Ventilhubes. Während des Durchlaufs der Nockenerhebung 12 sorgt die Länge der Rampe 14 und/oder die benachbarte Nockenflanke 26 dafür, dass die Rolle 6 in der eingestellten Position gehalten wird.
Soll der Stößel 1 wieder aktiviert werden, wird der Steuerdruck verringert, so dass das Schaltsegment 13 durch die Rückstellfeder 18 wieder zurückgeholt, also radial eingefahren wird. In der Folge fährt die Rolle 6 angetrieben durch die Kraft der Rückstellfeder 9 wieder in ihre Grundstellung zurück, indem sie in axialer Richtung unter dem Nockengrundkreis hinweg gleitet. Durch die Ausrichtung des Schaltsegmentes 13 in Umfangsrichtung gegenüber der Nockenerhebung 12 ist sichergestellt, dass die axiale Rollenverstellung beendet ist, kurz bevor bei der weiteren Nockenwellendrehung die Nockenerhebung 12 die Rolle 6 beaufschlagt, also kurz vor der Öffnung des Gaswechselventils.

1: Nockenfolger, Rollenstößel
2: Nockenanordnung
3: Nockenwelle
4: Stößelkörper
5: Vertiefung
6: Nockenanlaufrolle
7: Steuernut
8: Stößelrand
9: Anlaufrollen-Rückstellfeder
10: Endanschlag
11: Nocken
12: Nockenerhebung
13: Schaltsegment, Segmentring
14: Schaltsegmentrampe
15: Radialbohrung
16: Innenwandabschnitt
17: Federanschlag
18: Schaltsegment-Rückstellfeder
19: Betätigungskolben
20: Kolbenanschlag
21: Innenwandabschnitt
22: Druckölzuführung, Druckkanal
23: Rampenbreite
24: Radiale Stellrichtung
25: Steuernutflanke
26: Nockenflanke
27: Nockenanlaufeinrichtung

ZITATE ENTHALTEN IN DER BESCHREIBUNG
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Zitierte Patentliteratur

- DE 10204673 A1 [0009]
- DE 4492633 C1 [0010]
- DE 102004039705 A1 [0011, 0012]

Claims

Ventiltrieb einer Brennkraftmaschine mit einem schaltbaren Nockenfolger (1), insbesondere einem Rollenstößel, zur Betätigung wenigstens eines Gaswechselventils mit unterschiedlichen Ventilhüben und/oder Ventilsteuerzeiten oder zu dessen zeitweiliger Deaktivierung, bei dem der Nockenfolger (1) eine Nockenanlaufeinrichtung (27) für eine zugeordnete Nockenanordnung (2) einer Nockenwelle (3) aufweist, dadurch gekennzeichnet, dass an der Nockenanlaufeinrichtung (27) wenigstens eine axial verschiebbar gelagerte Nockenanlaufrolle (6) und an der Nockenwelle (3) ein radial verschiebbares Schaltsegment (13) angeordnet ist, über das die Nockenanlaufrolle (6) aus einer ersten Stellung in eine zweite axiale Stellung positionierbar ist, so dass der Nockenfolger (1) mittels einer Ansteuerung des Schaltsegmentes (13) bei einer zugeordneten Nockenanordnung (6) mit nur einem Nocken (11) ohne Nockenkontakt abschaltbar oder bei einer zugeordneten Nockenanordnung mit mehreren Nocken zwischen unterschiedlichen Nockenhüben umschaltbar ist.
Ventiltrieb nach Anspruch 1, dadurch gekennzeichnet, dass die Nockenanlaufeinrichtung (27) genau eine axial verschiebbare Nockenanlaufrolle (6) und die zugeordnete Nockenanordnung (2) genau einen Nocken (11) aufweist, wobei eine Rückstellfeder (9) die Nockenanlaufrolle (6) bei nicht verschobenem Schaltsegment (13) in einer Grundstel lung hält, in welcher der Nocken (11) bei der Nockenwellendrehung über die Nockenanlaufrolle (6) auswandert und einen seiner Nockenkontur entsprechenden Nockenhub erzeugt, und wobei das Schaltsegment (13) in einer radial verschobenen Schaltstellung die Nockenanlaufrolle (6) gegen die Rückstellkraft der Rückstellfeder (9) in einer Abschaltstellung hält, in der der Nocken (11) frei läuft.
Ventiltrieb nach Anspruch 2, dadurch gekennzeichnet, dass die die Nockenanlaufrolle (6) beaufschlagende Rückstellfeder (9) als eine Schraubendruckfeder ausgebildet ist, über deren axiale Länge in entspanntem Zustand die axiale Grundstellung der Nockenanlaufrolle (6) einstellbar ist.
Ventiltrieb nach zumindest einem der Ansprüche 1 bis 3, dadurch gekennzeichnet, dass ein Endanschlag (10) zur Begrenzung eines maximalen Stellweges der Nockenanlaufrolle (6) in Rückstellrichtung der Rückstellfeder (9) angeordnet ist.
Ventiltrieb nach zumindest einem der Ansprüche 1 bis 4, dadurch gekennzeichnet, dass das Schaltsegment (13) als ein benachbart zu dem Nocken (11) auf dem Umfang der Nockenwelle (3) geführter, sich rampenförmig verbreiternder Ring ausgebildet ist, der über eine sich im Inneren der Nockenwelle (3) in radialer Richtung (24) abstützende Rückstellfeder (18) in einer radialen Grundstellung elastisch gehalten ist, und der über einen im Inneren der Nockenwelle (3) diametral zu der Rückstellfeder (18) geführten Betätigungskolben (19) gegen die Rückstellkraft der Rückstellfeder (18) in eine Schaltstellung radial verschiebbar ist.
Ventiltrieb nach Anspruch 5, dadurch gekennzeichnet, dass der Betätigungskolben (19) über eine im Inneren der Nockenwelle (3) verlaufende Druckölzuführung (22) hydraulisch beaufschlagbar ist.
Ventiltrieb nach Anspruch 5 oder 6, dadurch gekennzeichnet, dass die Nockenanlaufrolle (6) koaxial mit einer dem Schaltsegment (13) gegenüberliegend angeordneten Steuernut (7) verbunden ist, in die das Schaltsegment (13) beim Verschieben in die Schaltstellung eingreift, so dass eine Drehbewegung der Nockenwelle (3), entsprechend des Verlaufs der Rampe (14) des Schaltsegmentes (13) über Tangentialkräfte, die auf die der Nockenanlaufrolle (6) abgewandte Flanke (25) der Steuernut (7) wirken, in eine der Kraft der Rückstellfeder (9) entgegengerichtete axiale Stellbewegung transferierbar ist.
Ventiltrieb nach zumindest einem der Ansprüche 1 bis 7, dadurch gekennzeichnet, dass das Schaltsegment (13) und eine Nockenerhebung (12) des Nockens (11) in Umfangsrichtung in einem vorbestimmten Winkel zueinander ausgerichtet sind, so dass die Nockenanlaufrolle (6) ihre axiale Schaltstellung eingenommen hat, bevor die Nockenerhebung (12) über die Nockenanlaufrolle (6) auswandert.
Ventiltrieb nach zumindest einem der Ansprüche 1 bis 8, dadurch gekennzeichnet, dass die Nockenanlaufrolle (6) über die Länge der Rampe (14) des Schaltsegmentes (13) und/oder über eine benachbarte Nockenflanke (26) während des Durchlaufs der Nockenerhebung (12) in der Abschaltstellung in ihrer axialen Position gehalten wird.
Ventiltrieb nach einem der Ansprüche 1 bis 9, dadurch gekennzeichnet, dass die Nockenanlaufrolle (6) gleitgelagert oder wälzgelagert ist.
Ventiltrieb nach Anspruch 10, dadurch gekennzeichnet, dass die Nockenanlaufrolle (6) am Außenumfang ein Gleitlager oder Wälzlager aufweist.
Ventiltrieb nach Anspruch 1, dadurch gekennzeichnet, dass die Nockenanlaufeinrichtung zwei axial beabstandete, verschiebbar gelagerte, von einer Rückstellfedereinrichtung gegeneinandergerichtet beauf schlagte Nockenanlaufrollen und die Nockenanordnung zwei äußere, gleich konturierte Nocken und einen inneren dazu unterschiedlich konturierten Nocken aufweist, und dass in den inneren Nocken ein radial verschiebbares Schaltsegment integriert ist, das in einer ausgefahrenen Schaltstellung zwischen die beiden Nockenanlaufrollen eingreift und sie gegen die Rückstellkraft der Rückstellfedereinrichtung in eine axiale Umschaltstellung auseinander drückt, so dass die äußeren Nocken bei der Nockenwellendrehung zur Erzeugung eines ersten Nockenhubes über die Nockenanlaufrollen auswandern, und dass bei in eine radiale Grundstellung eingefahrenem Schaltsegment die beiden Nockenanlaufrollen durch die Rückstellkraft der Rückstellfedereinrichtung gegen einen Anschlag in eine axiale Grundstellung soweit zusammengeschoben sind, dass der innere Nocken bei der Nockenwellendrehung zur Erzeugung eines von dem ersten Nockenhub verschiedenen zweiten Nockenhubes über beide Nockenanlaufrollen auswandert.
Ventiltrieb nach Anspruch 12, dadurch gekennzeichnet, dass die beiden äußeren Nocken wahlweise als Groß- oder Kleinhubnocken und der innere Nocken entsprechend wahlweise als Klein- oder Großhubnocken ausgebildet sind.
Ventiltrieb nach Anspruch 12 oder 13, dadurch gekennzeichnet, dass der wenigstens eine Kleinhubnocken wahlweise als ein Nullhubnocken ausgebildet ist.
Ventiltrieb nach zumindest einem der Ansprüche 1 bis 14, dadurch gekennzeichnet, dass der Körper (4) des Nockenfolgers (1) und/oder das Schaltsegment (13) wenigsten teilweise in einer Leichtbauweise aus Blech und/oder Kunststoff gefertigt sind.
Ventiltrieb nach zumindest einem der Ansprüche 1 bis 15, dadurch gekennzeichnet, dass bei einem Nockenfolger (1) mit einer zugehörigen Ventilspielausgleichseinrichtung die Nockenkontur des wenigstens einen Nockens (11) der zugeordneten Nockenanordnung (2) einen Grundkreis aufweist, der im Vergleich zu seiner Nockenerhebung (12) einen größeren Umfangswinkel überstreicht.