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Die
Erfindung betrifft eine Ventiltriebvorrichtung nach dem Oberbegriff des
Anspruchs 1.
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Es
sind bereits Ventiltriebvorrichtungen, insbesondere einer Brennkraftmaschine,
mit einer Betätigungsvorrichtung,
die zumindest ein Schaltelement aufweist, das dazu vorgesehen ist,
mittels einer Schaltkulisse zumindest ein Nockenelement zu schalten,
bekannt.
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Der
Erfindung liegt insbesondere die Aufgabe zugrunde, eine Ventiltriebvorrichtung
mit einer verringerten Anzahl von Aktuatoren bereitzustellen. Die
Aufgabe wird jeweils gelöst
durch die Merkmale der unabhängigen
Patentansprüche,
wobei weitere Ausgestaltungen der Erfindung den Unteransprüchen entnommen
werden können.
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Die
Erfindung geht aus von einer Ventiltriebvorrichtung, insbesondere
einer Brennkraftmaschine, mit einer Betätigungsvorrichtung, die zumindest
ein Schaltelement aufweist, das dazu vorgesehen ist, mittels einer
Schaltkulisse zumindest ein Nockenelement zu schalten.
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Es
wird vorgeschlagen, dass die Ventiltriebvorrichtung eine Umschaltvorrichtung
aufweist, die zur Umschaltung einer Schaltrichtung des Schaltelements
vorgesehen ist. Dadurch kann auf ein zweites Schaltelement verzichtet
werden, wodurch insbesondere eine Anzahl von Aktuatoren verringert
und Bauraum sowie Baukosten eingespart werden können. Unter einer „Schaltrichtung" soll dabei insbesondere eine
Richtung verstanden werden, in die das Nockenelement mittels des
Schaltelements geschaltet werden kann.
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Weiter
wird vorgeschlagen, dass die Umschaltvorrichtung eine Umschalthülse aufweist.
Mittels einer Umschalthülse
kann eine besonders einfache und kompakte Umschaltvorrichtung realisiert werden.
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Vorteilhafterweise
weist die Umschalthülse zumindest
zwei Umschalteinheiten auf. Dadurch können vorteilhaft die zwei Schaltrichtungen
geschaltet werden.
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Ist
ferner die Umschalthülse
in zumindest einem Betriebsmodus gegen das Nockenelement verdrehbar,
kann einfach zwischen den beiden Schaltrichtungen geschaltet werden.
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Vorzugsweise
ist die Umschalthülse
in zumindest einem Betriebsmodus drehfest zu dem Nockenelement angeordnet.
Dadurch kann eine Schaltrichtung eingestellt werden, wodurch eine
Schaltrichtung des Nockenelements für einen Schaltvorgang definiert
werden kann.
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Weiter
wird vorgeschlagen, dass die Umschalteinheiten in Umfangsrichtung
gegeneinander versetzt sind. Dadurch ist die Schaltrichtung einfach durch
eine Stellung der Schalthülse
definierbar.
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Vorteilhafterweise
weisen die Umschalteinheiten einen Versetzungswinkel von ca. 180° auf. Dadurch
kann der Umfang der Schalthülse
besonders vorteilhaft genutzt werden.
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Ferner
wird vorgeschlagen, dass die Umschaltvorrichtung ein Bremselement
aufweist, das dazu vorgesehen ist, eine Umschaltkraft bereitzustellen.
Dadurch kann besonders einfach die Drehbewegung des Nockenelements
zum Verdrehen der Schalthülse
und damit zur Auswahl einer Schaltrichtung verwendet werden. Unter
einem „Bremselement" soll dabei insbesondere
ein Element verstanden werden, dass eine Drehbewegung der Schalthülse hemmt
und somit eine Kraft für
eine Relativdrehung der Schalthülse,
insbesondere in Bezug auf das Nockenelement, bereitstellt. Alternativ
kann jedoch auch eine andere Vorrichtung genutzt werden, um die Schalthülse relativ
zu dem Nockenelement zu verdrehen, wie beispielsweise eine Vorrichtung
mit hydraulischen und/oder elektrischen Aktuatoren.
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Außerdem wird
vorgeschlagen, dass die Umschaltvorrichtung eine Umschalteinheit
aufweist, die drehfest mit dem Nockenelement verbunden ist. Dadurch
kann die Schalthülse
einfach mit dem Nockenelement gekoppelt werden, wobei dadurch die Schalthülse und
das Nockenelement insbesondere für
eine axiale Bewegung gekoppelt werden können.
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Vorteilhafterweise
weist die Betätigungsvorrichtung
eine Kulissenbahn mit zwei Verstellsegmenten auf. Dadurch kann die
Ventiltriebvorrichtung axial besonders kompakt gestaltet werden,
wobei insbesondere eine Ausgestaltung mit genau einer Kulissenbahn
vorteilhaft ist.
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Weisen
die Verstellsegmente eine unterschiedliche axiale Richtungskomponente
auf, können
vorteilhafterweise zwei axiale Schaltrichtungen des Nockenelements
realisiert werden.
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Vorzugsweise
weist die Betätigungsvorrichtung
eine Schalthülse
mit zwei Schalteinheiten auf. Dadurch kann das Nockenelement in
zwei Schaltrichtungen axial verschoben werden, wobei die Schalteinheiten
vorteilhafterweise um 180° versetzt angeordnet
sind und unmittelbar an die Umschalteinheiten anschließen.
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In
einer besonders vorteilhaften Ausgestaltung sind die Umschaltvorrichtung
und die Betätigungsvorrichtung
zumindest teilweise einstückig ausgeführt. Dadurch
können
eine Anzahl von Bauteilen und Baukosten weiter reduziert werden.
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In
einer weiteren bevorzugten Ausführungsform
weist die Betätigungsvorrichtung
ein zweites Schaltelement auf, das dazu vorgesehen ist, mittels einer
weiteren Schaltkulisse zumindest ein weiteres Nockenelement zu schalten.
Vorzugsweise sind das Nockenelement, das mittels des ersten Schaltelements
geschaltet wird, und das Nockenelement, das mittels des zweiten
Schaltelements geschaltet wird, radial beabstandet ausgeführt. Durch
eine solche Ausführung
können
mittels der Betätigungsvorrichtung,
die vorzugsweise lediglich einen Aktuator aufweist, Nockenelemente
unterschiedlicher Nockenwellen geschaltet werden, wie beispielsweise
Nockenelemente einer Einlassnockenwelle und Nockenelemente einer
Auslassnockenwelle.
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Weitere
Vorteile ergeben sich aus der folgenden Zeichnungsbeschreibung.
In der Zeichnung ist ein Ausführungsbeispiel
der Erfindung dargestellt. Die Zeichnungen, die Beschreibung und
die Ansprüche
enthalten zahlreiche Merkmale in Kombination. Der Fachmann wird
die Merkmale zweckmäßigerweise
auch einzeln betrachten und zu sinnvollen weiteren Kombinationen
zusammenfassen.
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Dabei
zeigen:
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1 einen
Ausschnitt aus einer Ventiltriebvorrichtung mit einem Schaltelement
in einer planaren Ansicht von oben,
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2 eine
einstückig
ausgeführte
Schalt- und Umschalthülse
in einer ersten planaren Ansicht von unten,
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3 die
einstückig
ausgeführte
Schalt- und Umschalthülse
in einer zweiten planaren Ansicht von oben,
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4 eine
Schaltkulisse der Ventiltriebvorrichtung von oben,
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5 die
Schalt- und Umschalthülse
der Ventiltriebvorrichtung in einer ersten Schaltstellung vor einem
Schaltvorgang von oben,
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6 die
Schalt- und Umschalthülse
der Ventiltriebvorrichtung in der ersten Schaltstellung nach einem
Schaltvorgang von oben,
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7 die
Schalt- und Umschalthülse
der Ventiltriebvorrichtung in einer zweiten Schaltstellung vor einem
Schaltvorgang von oben,
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8 die
Schalt- und Umschalthülse
der Ventiltriebvorrichtung in der zweiten Schaltstellung nach einem
Schaltvorgang von oben und
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9 die
gesamte Ventiltriebvorrichtung in einer perspektivischen Ansicht.
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1 zeigt
einen Ausschnitt aus einer Ventiltriebvorrichtung mit einem Schaltelement 11 einer Betätigungsvorrichtung 10.
Das Schaltelement 11 weist einen Betätigungspin 27 auf,
der in eine Schaltkulisse 12 eingreifen kann. In einem
Betriebsmodus, in dem das Schaltelement 11 in die Schaltkulisse 12 eingreift,
werden mittels der Schaltkulisse 12 zwei Nockenelemente 13, 14 axial
verschoben, wodurch ein umschaltbarer Ventiltrieb realisiert werden
kann. Die Nockenelemente 13, 14 weisen dabei je
vier Nockenpaare 28, 29, 30, 31 auf.
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Für eine vereinfachte
Darstellung ist sind die Nockenelemente 13, 14 in
den 1 bis 8 planar dargestellt. Eine perspektivische
Darstellung, bei dem die Nockenelemente 13, 14 eine
Krümmung
und eine in sich geschlossene Oberfläche aufweisen, ist in 9 gezeigt.
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Die
Schaltkulisse 12 der Betätigungsvorrichtung 10 weist
dabei genau eine Kulissenbahn 21 auf, mittels der die Nockenelemente 13, 14 axial
in zwei Schaltrichtungen verschoben werden können. Um die Schaltrichtung,
in die das Schaltelement 11 die Nockenelemente 13, 14 verschiebt,
umzuschalten, weist die Ventiltriebvorrichtung eine Umschaltvorrichtung 15 mit
einer Umschalthülse 16 auf.
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In
einem Betriebsmodus, in dem die Schaltrichtung umgeschaltet werden
soll, ist die Umschalthülse 16 gegen
die Nockenelemente 13, 14 verdrehbar. In einem
Betriebsmodus, in dem die Nockenelemente 13, 14 mittels
der Betätigungsvorrichtung 10 geschalten
werden sollen, ist die Umschalthülse 16 drehfest
zu den Nockenelementen 13, 14 angeordnet.
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Um
die Umschalthülse 16 in
zwei Schaltstellung drehfest zu den Nockenelementen 13, 14 anzuordnen,
weißt
die Umschalthülse 16 zwei
Umschalteinheiten 17, 18 auf, mittels denen die
Umschalthülse 16 in
den Schaltstellungen drehfest zu den Nockenelementen 13, 14 angeordnet
werden kann. Die Umschalteinheiten 17, 18 sind
dabei in Umfangsrichtung gegeneinander versetzt und weisen dabei
einen Versetzungswinkel von 180° auf.
Die Umschalteinheiten 17, 18 greifen dabei in
eine weitere Umschalteinheit 20 ein, die drehfest auf den
Nockenelementen 13, 14 angeordnet ist.
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Die
zwei Umschalteinheiten 17, 18 der Umschalthülse 16 weisen
Erhebungen 32, 33, 34, 35 auf,
die auf einer dem Schaltelement 11 abgewandten unteren
Seite der Umschalthülse 16 angeordnet sind
(2). Die Umschalteinheit 20, die drehfest
mit den Nockenelementen 13, 14 ausgeführt ist,
weist zwei Er hebungen 36, 37, die auf den Nockenelementen 13, 14 angeordnet
sind, auf (3).
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Die
Erhebungen 32, 33 der ersten Umschalteinheit 17 der
Umschalthülse 16 sind
zweiteilig ausgebildet, die axial auf der Umschalthülse 16 verlaufen.
In axialer Richtung weisen die Erhebungen einen Zwischenraum 38 auf.
Die Erhebungen 34, 35 der zweiten Umschalteinheit 18 der
Umschalthülse 16 sind
einstückig
ausgebildet. Sie verlaufen axial und weisen eine Breite auf, die
im Wesentlichen gleich ist wie eine axiale Breite des Zwischenraums 38 zwischen
den Erhebungen 32, 33 der ersten Umschalteinheit 17.
Die Erhebungen 33, 34 der zweiten Umschalteinheit 18 sind
axial auf der Höhe
des Zwischenraums 38 angeordnet und in Umfangsrichtung um
180° zu
den Erhebungen 32, 33 der ersten Umschalteinheit 17 versetzt.
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Die
Erhebungen 36, 37 der dritten Umschalteinheit 20,
die auf den Nockenelementen 13, 14 angeordnet
sind, weisen in der ersten Schaltstellung einen formschlüssigen Kontakt
zu den Erhebungen 32, 33 der ersten Umschalteinheit 17 auf.
In dieser Schaltstellung sind die Nockenelemente 13, 14 ausgehend
von einer Mitte der Umschalthülse 16 radial nach
außen
verschoben. In der zweiten Schaltstellung weisen die Erhebungen 36, 37 der
dritten Umschalteinheit 20 einen formschlüssigen Kontakt
zu den Erhebungen 34, 35 der zweiten Umschalteinheit 18 auf.
In dieser Schaltstellung sind die Nockenelemente 13, 14 radial
in Richtung der Mitte der Schalthülse 16 verschoben.
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Um
von der ersten in die zweite Schaltstellung zu schalten, werden
die Erhebungen 36, 37 der dritten Umschalteinheit 20,
die auf den Nockenelementen 13, 14 angeordnet
sind, axial nach innen verschoben, wodurch sich die Umschalthülse 16 verdrehen
kann, da die Erhebungen 36, 37 der dritten Umschalt einheit 20 dann
in dem Zwischenraum 38 zwischen den Erhebungen 32, 33 der
ersten Umschalteinheit 17 liegen. Die Umschalthülse 16 verdreht
sich dann um 180° bis
die Erhebungen 36, 37 der dritten Umschalteinheit 20 in
formschlüssigen
Kontakt mit der Erhebung 32, 33 der ersten Umschalteinheit 17 liegen.
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Um
von der zweiten in die erste Schaltstellung zu schalten, werden
die Erhebungen 32, 33 der dritten Umschalteinheit 20 axial
nach außen
verschoben. Dadurch wird der formschlüssige Kontakt der Erhebungen 32, 33 der
dritten Umschalteinheit 20 mit den Erhebungen 34, 35 der
zweiten Umschalteinheit 18 aufgehoben, und die Umschalthülse 16 verdreht sich
wiederum um 180°,
bis die Erhebungen 36, 37 der dritten Umschalteinheit 20 in
formschlüssigem Kontakt
mit den Erhebungen 32, 33 der ersten Umschalteinheit 17 stehen.
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Eine
Umschaltkraft, die die Umschalthülse 16 relativ
zu den Nockenelementen 13, 14 verdreht, wird durch
ein Bremselement 19 vermittelt. Das Bremselement 19,
das plättchenförmig ausgeführt ist,
weist einen reibschlüssigen
Kontakt zu der Umschalthülse 16 auf.
Das Bremselement 19 ist drehfest angeordnet, die Umschalthülse 16 wird
gemeinsam mit den Nockenelementen 13, 14 über eine
Brennkraftmaschine rotierend angetrieben. Durch den reibschlüssigen Kontakt
des Bremselements 19 mit der Umschalthülse 16 wirkt auf die
Umschalthülse 16 eine
Kraft, mittels der die Umschalthülse 16 relativ
zu den Nockenelementen 13, 14 verdreht werden
kann, wobei eine Verdrehrichtung durch eine Drehrichtung der Nockenelemente 13, 14,
bzw. der Schalthülse 16 definiert
ist.
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Um
die Nockenelemente 13, 14 axial zu verschieben,
weist die Betätigungsvorrichtung 10 eine Schalthülse 24 auf,
die einstückig
mit der Umschalthülse 16 ausgeführt ist.
Die Schalthülse 24 weist
eine Kulissenbahn 21 mit zwei Verstellsegmenten 22, 23 auf,
wobei die Verstellsegmente 22, 23 unterschiedliche
Richtungskomponenten aufweisen. Die Verstellsegmente 22, 23 sind
durch ein Zwischensegment 39 verbunden. Ein Verlauf der
Kulissenbahn 21 ist im Wesentlichen durch eine S-förmige Form
beschreibbar (4).
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An
der Unterseite der Schalthülse 24 sind eine
erste Schalteinheit 25 und eine zweite Schalteinheit 26 angeordnet.
Die erste Schalteinheit 25 weist zwei Erhebungen 40, 41 auf,
die unmittelbar an die Erhebungen 32, 33 der ersten
Umschalteinheit 17 anschließen. Die Erhebungen 40, 41 der
ersten Schalteinheit 25 verlaufen im Wesentlichen in Umfangsrichtung.
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Die
zweite Schalteinheit 26 weist eine Erhebung 42 auf,
die in Umfangsrichtung um 180° zu
den Erhebungen 40, 41 der ersten Schalteinheit 25 versetzt
ist. Die Erhebung 42 der zweiten Schalteinheit 26 ist
axial in einer Mitte der Schalthülse 24 angeordnet
und verläuft
ebenfalls in Umfangsrichtung.
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An
den Nockenelementen 13, 14 ist eine dritte Schalteinheit 43 angeordnet,
die zwei an den Nockenelementen 13, 14 angeordnete
Erhebungen 44, 45 aufweist, die mit den Nockenelementen 13, 14 verbunden
sind. Die Nockenelemente sind drehfest aber axial verschieblich
auf der Nockenwelle angeordnet.
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Befindet
sich die Umschalthülse 16 und
somit auch die Schalthülse 24 in
der ersten Schaltstellung, liegen die Erhebungen 44, 45 der
dritten Schalteinheit 43 axial zwischen den Erhebungen 40, 41 der ersten
Schalteinheit 25. Die Erhebungen 40, 41 der ersten
Schalteinheit 25 und die Erhebungen 44, 45 der
dritten Schalteinheit 43 sind dabei unmittelbar benachbart
angeordnet.
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Hat
das Schaltelement 11 über
ein Einspursegment 46 der Kulissenbahn 21 in die
Kulissenbahn 21 eingespurt, wird die Schalthülse 24 durch
die axiale Richtungskomponente des ersten Verstellsegments 22 axial
von dem ersten Nockenelement 13 wegbewegt. Für eine solche
axiale Bewegung weisen die Erhebung 40 der ersten Schalteinheit 25 und die
Erhebung 44 der dritten Schalteinheit 43 einen formschlüssigen Kontakt
auf. Dadurch wird das erste Nockenelement 13 axial in Richtung
der Mitte der Schalthülse 24 bewegt.
Anschließend
wird das zweite Nockenelement 14 durch das zweite Verstellsegment 23 und
den Kontakt der Erhebung 41 der ersten Schalteinheit 25 mit
der Erhebung 45 der dritten Schalteinheit 43 ebenfalls
axial in Richtung der Mitte der Schalthülse 24 bewegt (5 und 6).
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Anschließend spurt
das Schaltelement 11 über
ein Ausspursegment 47 wieder aus der Kulissenbahn 21 aus.
Ist das Schaltelement 11 ausgespurt, wird die Schalthülse 24 und
somit auch die Umschalthülse 16 durch
eine Rückstellkraft,
die mittels des Bremselements 19 auf die Schalthülse 24 ausgeübt wird,
wieder in eine Mittelstellung zwischen die Nockenelemente 13, 14 zurückgestellt.
Das Bremselement 19 und die Schalthülse 24 bzw. die Umschalthülse 16 weisen
dazu axial außen
Schrägen 48, 49 auf,
die eine Kraft in die Mittelstellung bewirken. Alternativ können auch
andere Vorrichtungen, die eine Rückstellkraft
bewirken, angeordnet werden.
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Durch
die Verschiebung der Nockenelemente 13, 14 und
damit die Verschiebung der Erhebungen 36, 37 der
dritten Umschalteinheit 20 schalten die Umschalthülse 16 und
somit auch die Schalthülse 24 von
der ersten Schaltstellung in die zweite Schaltstellung. In der zweiten
Schaltstellung befindet sich die Erhebung 42 der zweiten
Schalteinheit 26, die auf der Schalthülse 24 angeordnet
ist, unmittelbar zwischen den Erhe bungen 44, 45 der
dritten Schalteinheit 43, die auf den Nockenelementen 13, 14 angeordnet
sind.
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Spurt
das Schaltelement 11 in die Kulissenbahn 21 ein,
wenn die Schalthülse 24 in
der zweiten Schaltstellung ist, wird durch die axiale Bewegung, die
die Schalthülse 24 aufgrund
des ersten Verstellsegments 22 ausführt, das zweite Nockenelement 14 axial
von der Mitte weg bewegt. Anschließend wird durch das zweite
Verstellsegment 23 auch das erste Nockenelement 13 axial
nach außen
bewegt. Die Erhebung 42 der zweiten Schalteinheit 26 und
die Erhebungen 44, 45 der dritten Schalteinheit 43 greifen
für eine
solche axiale Bewegung der Schalthülse 24 ineinander,
wodurch die Nockenelemente 13, 14 über die
Schalthülse 24 bewegt
werden können
(7 und 8).
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Ist
das Schaltelement 11 über
das Ausspursegment 47 wieder aus der Kulissenbahn 21 ausgespurt,
wird die Schalthülse 24 über das
Bremselement 19 wieder in die Mittelstellung bewegt. Durch die
Verschiebung der Nockenelemente 13, 14, und die
damit einhergehende Verschiebung der Erhebungen 36, 37 der
dritten Umschalteinheit 20, schaltet die Umschalthülse 16 anschließen wieder
in die erste Schaltstellung.
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Vorzugsweise
kann die Ventiltriebvorrichtung eine zweite Nockenwelle aufweisen,
die parallel zu der ersten in 9 gezeigten
Nockenwelle angeordnet ist. Vorzugsweise ist die zweite Nockenwelle gleich
ausgeführt
wie die erste Nockenwelle und weist ebenfalls zwei Nockenelemente
mit vier Nockenpaaren auf. Die Betätigungsvorrichtung ist bei einer
solchen Ausführung
vorzugsweise zwischen den Nockenwellen angeordnet, wodurch mittels
eines Aktuators zwei Schaltelemente mit zwei Betätigungspins angesteuert werden
können,
die dann in die Schaltkulissen der einzelnen Schalt- bzw. Umschalthülsen eingreifen.
Somit kann mittels lediglich eines Aktuators eine Schaltvorrichtung
für eine
Ventiltriebvorrichtung einer Mehrzylinderbrennkraftmaschine bereitgestellt
werden, die einen schaltbaren Ventiltrieb für Gaseinlassventile und Gasauslassventile
der Brennkraftmaschine bereitstellt.