DE102010013216B4 - Valve train of an internal combustion engine - Google Patents
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Abstract
Ventiltrieb (1, 1') einer Brennkraftmaschine mit hubvariabler Gaswechselventilbetätigung, umfassend eine Nockenwelle (2, 2') mit einer Trägerwelle (3) und einem darauf drehfest und zwischen Axialpositionen verschiebbar angeordneten Nockenstück (4, 4'), das eine Nockengruppe unmittelbar benachbarter Nocken (14a, 14b, 14c, 15a, 15b, 15c) mit unterschiedlichen Erhebungen und eine nutförmige Axialkulisse (16, 16') mit zwei axial gegensinnig verlaufenden Kulissenbahnen (20, 21, 20’, 21’) aufweist, und zwei Betätigungselemente (18, 19), die bezüglich der Nockenwelle (2, 2') axial ortsfest und radial zur Nockenwelle (2, 2') hin verlagerbar in der Brennkraftmaschine angeordnet und zwecks der Verschiebung des Nockenstücks (4, 4') in die Axialkulisse (16, 16') einkoppelbar sind, wobei das Nockenstück (4, 4') mit einem Lagerzapfen (12, 13 bzw. 12') versehen ist, an dem die Nockenwelle (2, 2') in einer Nockenwellenlagerstelle (9, 10 bzw. 9') der Brennkraftmaschine radial gelagert ist,dadurch gekennzeichnet, dass die Axialkulisse (16, 16') mit der Nockenwellenlagerstelle (9, 9') axial überlappend am Lagerzapfen (12, 12') ausgebildet ist, wobei die Betätigungselemente (18, 19) in der Nockenwellenlagerstelle (9, 9') verlaufen.Valve drive (1, 1') of an internal combustion engine with stroke-variable gas exchange valve actuation, comprising a camshaft (2, 2') with a support shaft (3) and a cam piece (4, 4') arranged thereon in a rotationally fixed manner and displaceable between axial positions, which has a cam group immediately adjacent to it Cams (14a, 14b, 14c, 15a, 15b, 15c) with different elevations and a groove-shaped axial link (16, 16') with two link tracks (20, 21, 20', 21') running in opposite axial directions, and two actuating elements ( 18, 19) which are axially stationary with respect to the camshaft (2, 2') and displaceable radially towards the camshaft (2, 2') in the internal combustion engine and for the purpose of moving the cam piece (4, 4') in the axial link (16 , 16') can be coupled in, the cam piece (4, 4') being provided with a bearing journal (12, 13 or 12') on which the camshaft (2, 2') rests in a camshaft bearing point (9, 10 or 9 ') of the internal combustion engine is mounted radially, thereby ken nshows that the axial link (16, 16') is designed to overlap axially with the camshaft bearing point (9, 9') on the bearing journal (12, 12'), the actuating elements (18, 19) being located in the camshaft bearing point (9, 9') get lost.
Description
Gebiet der Erfindungfield of invention
Die Erfindung betrifft einen Ventiltrieb einer Brennkraftmaschine mit hubvariabler Gaswechselventilbetätigung, umfassend eine Nockenwelle mit einer Trägerwelle und einem darauf drehfest und zwischen Axialpositionen verschiebbar angeordneten Nockenstück, das eine Nockengruppe unmittelbar benachbarter Nocken mit unterschiedlichen Erhebungen und eine nutförmige Axialkulisse mit zwei axial gegensinnig verlaufenden Kulissenbahnen aufweist, und zwei Betätigungselemente, die bezüglich der Nockenwelle axial ortsfest und radial zur Nockenwelle hin verlagerbar in der Brennkraftmaschine angeordnet und zwecks der Verschiebung des Nockenstücks in die Axialkulisse einkoppelbar sind, wobei das Nockenstück mit einem Lagerzapfen versehen ist, an dem die Nockenwelle in einer Nockenwellenlagerstelle der Brennkraftmaschine radial gelagert ist.The invention relates to a valve drive of an internal combustion engine with variable-stroke gas exchange valve actuation, comprising a camshaft with a carrier shaft and a cam piece arranged thereon in a rotationally fixed manner and displaceable between axial positions, which cam piece has a cam group of directly adjacent cams with different elevations and a groove-shaped axial link with two link tracks running in opposite axial directions, and two actuating elements which are arranged in the internal combustion engine so as to be axially stationary with respect to the camshaft and displaceable radially in relation to the camshaft and which can be coupled into the axial link for the purpose of displacing the cam piece, the cam piece being provided with a bearing journal on which the camshaft is radially mounted in a camshaft bearing point of the internal combustion engine is stored.
Hintergrund der ErfindungBackground of the Invention
Die Hubvariabilität eines derartigen Ventiltriebs basiert bekanntermaßen auf einem Nockenstück mit darauf unmittelbar benachbart angeordneten Nocken, deren unterschiedliche Erhebungen mittels eines konventionell starr ausgebildeten Nockenfolgers selektiv auf ein Gaswechselventil übertragen werden. Zur betriebspunktabhängigen Aktivierung der jeweiligen Erhebung ist das Nockenstück drehfest, jedoch zwischen zwei oder mehr Axialpositionen verschieblich auf einer Trägerwelle angeordnet und weist axial gegensinnig verlaufende Kulissenbahnen in Form von Spiralnuten auf. Das Verschieben des Nockenstücks erfolgt je nach Ausgestaltung der Kulissenbahnen über ein oder mehrere Betätigungselemente, die in die Spiralnuten wechselweise eingekoppelt werden. Der axiale Verlauf der sich mit dem Betätigungselement in Eingriff befindlichen Spiralnut führt dazu, dass sich das Nockenstück während der gemeinsamen (erhebungsfreien) Grundkreisphase der Nocken einer Nockengruppe selbststeuernd und nockenwellenwinkeltreu von einer in die nächste Axialposition verschiebt. Der radiale Verlauf einer Spiralnut ist zumeist so gestaltet, dass diese gegen Ende des Verschiebevorgangs zunehmend flacher wird und das momentan in Eingriff befindliche Betätigungselement in dessen eingriffslose Ruheposition zurückschiebt.The lift variability of such a valve train is known to be based on a cam piece with cams arranged immediately adjacent thereto, the different elevations of which are selectively transmitted to a gas exchange valve by means of a conventionally rigid cam follower. For activation of the respective elevation depending on the operating point, the cam piece is non-rotatably, but displaceably arranged on a carrier shaft between two or more axial positions and has link tracks running in opposite directions in the axial direction in the form of spiral grooves. Depending on the design of the link tracks, the cam piece is displaced via one or more actuating elements which are coupled alternately into the spiral grooves. The axial course of the spiral groove in engagement with the actuating element causes the cam piece to shift from one axial position to the next in a self-controlled manner and camshaft angle-preserving during the common (elevation-free) base circle phase of the cams of a cam group. The radial course of a spiral groove is usually designed in such a way that it becomes increasingly flatter towards the end of the displacement process and pushes back the actuating element which is currently engaged into its non-engaging rest position.
Ein gattungsgemäßer Ventiltrieb mit zweistufiger Hubvariabilität geht unter anderem aus der
Aufgabe der Erfindungobject of the invention
Der vorliegenden Erfindung liegt daher die Aufgabe zugrunde, einen Ventiltrieb der eingangs genannten Art so fortzubilden, dass das Nockenstück axial möglichst kompakt bauend gestaltet ist, so dass nicht nur eine breite Verwendbarkeit des Ventiltriebs auch in kleinvolumigen Brennkraftmaschinen, sondern auch ein hohes Potenzial für eine mehr als zweistufige, insbesondere dreistufige Hubvariabilität gegeben sind.The present invention is therefore based on the object of developing a valve train of the type mentioned at the outset in such a way that the cam piece is designed to be as compact as possible axially, so that not only can the valve train be used widely, even in small-volume internal combustion engines, but there is also great potential for more are given as a two-stage, in particular three-stage stroke variability.
Zusammenfassung der ErfindungSummary of the Invention
Die Lösung dieser Aufgabe ergibt sich aus den kennzeichnenden Merkmalen des Anspruchs 1, während vorteilhafte Weiterbildungen und Ausgestaltungen der Erfindung den Unteransprüchen entnehmbar sind. Demnach ist die Axialkulisse mit der Nockenwellenlagerstelle axial überlappend am Lagerzapfen ausgebildet, wobei die Betätigungselemente in der Nockenwellenlagerstelle verlaufen. Die der Erfindung zugrunde liegende Idee besteht mit anderen Worten darin, die räumliche Trennung von Lagerzapfen und Axialkulisse aufzuheben und diese axial miteinander zu „verschmelzen“, um somit den axialen Bauraum des Nockenstücks entsprechend verringern und/oder um die Nockengruppe mit einem zusätzlichen Nocken versehen zu können.The solution to this problem results from the characterizing features of
Im Hinblick auf die selbstverständlich nach wie vor zu gewährleistende Stabilität und Dauerfestigkeit der Nockenwellenlagerung ist es in Weiterbildung der Erfindung vorgesehen, dass der Lagerzapfen mit der Nockenwellenlagerstelle ein Gleitlager bildet, wobei der Lagerzapfen axial beidseits der Axialkulisse Gleitflächenabschnitte aufweist.With regard to the stability and fatigue strength of the camshaft bearing, which of course still has to be guaranteed, it is provided in a further development of the invention that the bearing journal forms a plain bearing with the camshaft bearing point, the bearing journal having sliding surface sections axially on both sides of the axial link.
Außerdem soll der Lagerdurchmesser des Lagerzapfens größer als der Hüllkreisdurchmesser des zum Lagerzapfen nächstliegenden Nockens sein, wobei sich dieser Nocken und die Nockenwellenlagerstelle in einer der Axialpositionen des Nockenstücks axial überlappen. Das so ermöglichte Eintauchen der Nockengruppe in die Nockenwellenlagerstelle ist besonders dann zweckmäßig oder sogar erforderlich, wenn das Nockenstück zwei Nockengruppen zur Betätigung von zwei Gaswechselventilen aufweist, die mit geringem Abstand zur Nockenwellenlagerstelle angeordnet sind, und wenn zudem eine dreistufige Hubvariabilität mit drei Nocken pro Nockengruppe vorgesehen ist.In addition, the bearing diameter of the bearing journal should be larger than the enveloping circle diameter of the cam closest to the bearing journal, this cam and the camshaft bearing point overlapping axially in one of the axial positions of the cam piece. The immersion of the cam group in the camshaft bearing point made possible in this way is particularly useful or even necessary if the cam piece has two cam groups for actuating two gas exchange valves, which are arranged at a small distance from the camshaft bearing point, and if a three-stage lift variability with three cams per cam group is also provided is.
Im Hinblick auf die Lageranordnung der Nockenwelle soll das Nockenstück zwei an dessen axialen Endabschnitten ausgebildete Lagerzapfen und zwei zwischen den Lagerzapfen angeordnete Nockengruppen aufweisen. Diese Lageranordnung korreliert mit Nockenwellenlagerstellen, die zwischen den Zylindern einer Brennkraftmaschine mit Mehrventiltechnik angeordnet sind. An beiden Lagerzapfen können unidirektional wirkende Axialkulissen mit einer einzigen Kulissenbahn gemäß der eingangs zitierten
In einer hierzu alternativen Ausgestaltung der Erfindung soll das Nockenstück zwei an dessen axialen Endabschnitten ausgebildete Nockengruppen und lediglich einen zwischen den Nockengruppen angeordneten Lagerzapfen aufweisen. Diese Lageranordnung korreliert mit Nockenwellenlagerstellen, die zwischen den Gaswechselventilen eines Zylinders einer Brennkraftmaschine mit Mehrventiltechnik angeordnet sind.In an alternative embodiment of the invention, the cam piece should have two cam groups formed on its axial end sections and only one bearing journal arranged between the cam groups. This bearing arrangement correlates with camshaft bearing points which are arranged between the gas exchange valves of a cylinder of an internal combustion engine with multi-valve technology.
Außerdem ist es vorgesehen, dass das Nockenstück genau eine Axialkulisse aufweist, die mit zwei axial gegensinnig verlaufenden Kulissenbahnen bidirektional ausgebildet ist. Eine Ausgestaltung einer derartigen Axialkulisse ist bereits aus der eingangs zitierten
Dies gilt auch für eine bidirektionale Axialkulisse gemäß einer alternativen zweiten Ausgestaltung. In diesem Fall sollen die beiden Kulissenbahnen in Umfangsrichtung des Lagerzapfens hintereinander angeordnet sein, wobei jeweils der Anfangspunkt der einen Kulissenbahn an den Endpunkt der anderen Kulissenbahn angrenzt. Die Kinematik einer solchen Axialkulisse geht im Detail aus der nicht vorveröffentlichten
Zudem erlauben die beiden vorgenannten Ausgestaltungen eine vergleichsweise einfach durchzuführende Erweiterung der Hubvariabilität von zwei auf drei Stufen, indem zwei Betätigungselemente in die bidirektionalen Axialkulissen wechselweise eingekoppelt werden. Dies ist in der ebenfalls nicht vorveröffentlichten
Im Falle der dreistufigen Hubvariabilität ist es vorgesehen, dass einer der drei Nocken einer Nockengruppe erhebungsfrei ist. Bei diesem Nocken handelt es sich um einen sogenannten Grundkreisnocken, der aufgrund seiner rein zylindrischen Form zur Stilllegung des Gaswechselventils führt.In the case of the three-stage lift variability, it is provided that one of the three cams of a cam group is free of elevations. This cam is a so-called base circle cam which, due to its purely cylindrical shape, leads to the deactivation of the gas exchange valve.
Sofern möglich und zweckmäßig sollen die vorgenannten Merkmale und Ausgestaltungen der Erfindung auch beliebig miteinander kombinierbar sein.If possible and expedient, the aforementioned features and configurations of the invention should also be able to be combined with one another as desired.
Figurenlistecharacter list
Weitere Merkmale der Erfindung ergeben sich auf der nachfolgenden Beschreibung und aus den Zeichnungen, in denen Ausführungsbeispiele der Erfindung teilweise vereinfacht dargestellt sind. Sofern nicht anders erwähnt, sind dabei gleiche oder funktionsgleiche Merkmale oder Bauteile mit gleichen Bezugszahlen versehen. Es zeigen:
-
1 einen Ausschnitt eines Zylinderkopfs einer Brennkraftmaschine mit einer ersten Ausführung eines erfindungsgemäßen Ventiltriebs in perspektivischer Zusammenbaudarstellung; -
2 den Ausschnitt aus1 ohne Nockenwellenlagerdeckel; -
3 den Ausschnitt gemäß den1 und2 in perspektivischer Längsschnittdarstellung; -
4 die Axialkulisse gemäß den1 bis3 in einer ersten perspektivischen Ansicht; -
5 die Axialkulisse gemäß4 in einer zweiten (ca. 180° gedrehten) perspektivischen Ansicht; -
6 einen Ausschnitt eines Zylinderkopfs einer Brennkraftmaschine mit einer zweiten Ausführung eines erfindungsgemäßen Ventiltriebs in perspektivischer Zusammenbaudarstellung; -
7 den Ausschnitt aus6 ohne Nockenwellenlagerdeckel; -
8 das Nockenstück gemäß den6 und7 als perspektivische Einzelteildarstellung; -
9 die Axialkulisse gemäß den6 bis8 in einer ersten perspektivischen Ansicht; -
10 die Axialkulisse gemäß9 in einer zweiten (ca. 120° gedrehten) perspektivischen Ansicht und -
11 die Axialkulisse gemäß9 in einer dritten (ca. 240° gedrehten) perspektivischen Ansicht.
-
1 a section of a cylinder head of an internal combustion engine with a first embodiment of a valve train according to the invention in a perspective assembly view; -
2 thecutout 1 without camshaft bearing cap; -
3 the section according to the1 and2 in a perspective longitudinal section; -
4 the axial link according to the1 until3 in a first perspective view; -
5 according to the axial link4 in a second perspective view (rotated by about 180°); -
6 a section of a cylinder head of an internal combustion engine with a second embodiment of a valve train according to the invention in a perspective assembly view; -
7 the cutout6 without camshaft bearing cap; -
8th the cam piece according to the6 and7 as a perspective detail view; -
9 the axial link according to the6 until8th in a first perspective view; -
10 according to theaxial link 9 in a second (approx. 120° rotated) perspective view and -
11 according to theaxial link 9 in a third (approx. 240° rotated) perspective view.
Detaillierte Beschreibung der ZeichnungenDetailed description of the drawings
In den
Wie aus
Das Verschieben des Nockenstücks 4 zwischen dessen Axialpositionen erfolgt außerhalb der Erhebungen während des gemeinsamen Grundkreiswinkels der Nocken 14a, 14b und 14c sowie 15a, 15b und 15c. Das beispielsweise aus der eingangs zitierten
Der vorliegend eingesetzte Aktuator 17, der in den
Die in den
Zur Funktionsweise der Aktuatorik: eine Einkopplung des Aktuatorstifts 18 in die Kulissenbahn 20 führt zu einer Verschiebung des Nockenstücks 4 nach links (in
Das Nockenstück 4 ist in dessen jeweiliger Axialposition durch eine Arretiervorrichtung gegen unkontrolliertes Verschieben gesichert. Die an sich bekannte und hier nicht näher dargestellte Arretiervorrichtung umfasst ein federbelastetes Druckstück 22, das in einer Querbohrung 23 der Trägerwelle 3 gelagert ist und - je nach Axialposition des Nockenstücks 4 - in eine von drei Umlaufnuten 24, 25 und 26 am Innenumfang des Nockenstücks 4 einrastet. The cam piece 4 is secured in its respective axial position by a locking device against uncontrolled displacement. The locking device, which is known per se and not shown in detail here, comprises a spring-loaded pressure piece 22, which is mounted in a transverse bore 23 in the
Der Aktuator 17 verläuft erfindungsgemäß innerhalb der axialen Längserstreckung der Nockenwellenlagerstelle 9. Das bedeutet, dass deren Innenmantelfläche von einer Bohrung zur Aufnahme des Aktuators 17 geschnitten wird und sich dementsprechend die auf dem Umfang des Lagerzapfens 12 ausgebildete Axialkulisse 16 und die Nockenwellenlagerstelle 9 in axialer Richtung überlappen. Zur Bildung der Gleitlagerung des Lagerzapfens 12 in der Nockenwellenlagerstelle 9 dienen Gleitflächenabschnitte 27 und 28 zu beiden Seiten der Axialkulisse 16. Der Lagerzapfen 13 ist gegenüber dem Lagerzapfen 12 mit der darauf verlaufenden Axialkulisse 16 deutlich schmaler und vollzylindrisch ausgebildet.According to the invention, the actuator 17 runs within the axial longitudinal extent of the
Eine alternative Ausgestaltung eines hubvariablen Ventiltriebs 1' geht aus den
Beiden Ventiltrieben 1' und 1 ist gemeinsam, dass die Gaswechselventile 29 und mithin auch die Schlepphebel 11 eng beabstandet zu der oder den Nockenwellenlagerstellen 9' bzw. 9 und 10 verlaufen. Der für die dreistufige Hubvariabilität erforderliche Axialfreigang der Nockengruppen gegenüber der Nockenwellenlagerstelle 9' wird dadurch geschaffen, dass je nach Axialposition des Nockenstücks 4' die Nockengruppen mit ihren zum Lagerzapfen 12' nächstliegenden Nocken 14a und 15c in die Nockenwellenlagerstelle 9' eintauchen. In der in
Wie es in
Die auf dem Umfang des Lagerzapfens 12' ausgebildete Axialkulisse 16' ist ebenfalls mit zwei axial gegensinnig verlaufenden Kulissenbahnen 20' und 21' bidirektional wirkend ausgebildet und zu beiden Seiten von den Gleitflächenabschnitten 27, 28 begrenzt, die mit der Nockenwellenlagerstelle 9' ein Gleitlager bilden. Gegenüber der Axialkulisse 16 sind jedoch die Kulissenbahnen 20', 21' nicht mit gleichen Anfangs- und Endpunkten nebeneinander, sondern in Umfangsrichtung des Lagerzapfens 12' hintereinander angeordnet. Wie es aus den
BezugszeichenlisteReference List
- 11
- Ventiltriebvalve train
- 22
- Nockenwellecamshaft
- 33
- Trägerwellecarrier wave
- 44
- Nockenstückcam piece
- 55
- Außenlängsverzahnungexternal splines
- 66
- Innenlängsverzahnunginternal splines
- 77
- axialer Endabschnitt des Nockenstücksaxial end portion of the cam piece
- 88th
- axialer Endabschnitt des Nockenstücksaxial end portion of the cam piece
- 99
- Nockenwellenlagerstellecamshaft bearing point
- 1010
- Nockenwellenlagerstellecamshaft bearing point
- 1111
- Schlepphebelrocker arms
- 1212
- Lagerzapfenbearing journal
- 1313
- Lagerzapfenbearing journal
- 1414
-
Nockengruppe mit Nocken 14a, 14b und 14cCam group with
14a, 14b and 14ccams - 1515
-
Nockengruppe mit Nocken 15a, 15b und 15cCam group with
15a, 15b and 15ccams - 1616
- Axialkulisseaxial backdrop
- 1717
- Aktuatoractuator
- 1818
- Aktuatorstift / BetätigungselementActuator pin / operating element
- 1919
- Aktuatorstift / BetätigungselementActuator pin / operating element
- 2020
- Kulissenbahnslide track
- 2121
- Kulissenbahnslide track
- 2222
- DruckstückPressure piece
- 2323
- Querbohrung der TrägerwelleCross bore of the carrier shaft
- 2424
- Umlaufnutcircumferential groove
- 2525
- Umlaufnutcircumferential groove
- 2626
- Umlaufnutcircumferential groove
- 2727
- Gleitflächenabschnittsliding surface section
- 2828
- Gleitflächenabschnittsliding surface section
- 2929
- Gaswechselventilgas exchange valve
- 3030
- Nockenwellenlagerdeckelcamshaft bearing cap
- 3131
- Hüllkreisdurchmesserenveloping circle diameter
- 3232
- Anfangspunkt der einen KulissenbahnStarting point of one slide track
- 3333
- Endpunkt der anderen KulissenbahnEnd point of the other slide track
- 3434
- Anfangspunkt der anderen KulissenbahnStarting point of the other slide track
- 3535
- Endpunkt der einen KulissenbahnEnd point of a slide track
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