DE102010063389A1

DE102010063389A1 - Verstellsystem für Gaswechselventile von Hubkolbenbrennkraftmaschinen

Info

Publication number: DE102010063389A1
Application number: DE201010063389
Authority: DE
Inventors: Claudia Zielinski; Michael Bogner
Original assignee: Schaeffler Technologies AG and Co KG
Current assignee: Schaeffler Technologies AG and Co KG
Priority date: 2010-12-17
Filing date: 2010-12-17
Publication date: 2012-06-21
Also published as: WO2012079794A1

Abstract

Versteilsystem für Gaswechselventile von Hubkolbenbrennkraftmaschinen mit einer von einer Kurbelwelle der Brennkraftmaschine angetriebenen Nockenwelle (1), mit fest auf der Nockenwelle (1) angeordneten Verstellnocken, die mit Betätigungselementen in Wirkverbindung stehen, wobei diese die Gaswechselventile beherrschen, und mit einer Vorrichtung zur axialen Verschiebung der Nockenwelle (1), wobei die Verstellnocken als Stufennocken (2) mit nebeneinander angeordneten Nockenscheiben (3) ausgebildet sind und wobei die Einlass- und/oder Auslassnocken aufweisende Nockenwelle (1) der Brennkraftmaschine mit einem Stufennocken (2) ausgerüstet ist.

Description

Gebiet der Erfindung
Verstellsystem für Gaswechselventile von Hubkolbenbrennkraftmaschinen mit einer von einer Kurbelwelle der Brennkraftmaschine angetriebenen Nockenwelle, mit fest auf der Nockenwelle angeordneten Verstellnocken, die mit Betätigungselementen in Wirkverbindung stehen, wobei diese die Gaswechselventile beherrschen, und mit einer Vorrichtung zur axialen Verschiebung der Nockenwelle.
Hintergrund der Erfindung
Ein derartiges Verstellsystem ist durch die WO 95/20720 bekannt. Bei diesem System sind die Verstellnocken als Raumnocken ausgebildet, die ausgehend von dem Grundkreis in einem sich laufend erweiternden Wulst eine stufenlose Hubkurvenverstellung ermöglichen. Bei derartigen Raumnocken besteht das Problem, dass das Betätigungselement entlang des Raumnockens und auf dessen Umfang laufend Kippbewegungen vollführen muss, was zu unerwünschten Schrägbelastungen und Kippbewegungen an dem Betätigungselement führt. Dies ist umso schwerwiegender, weil die Nockenwelle heutiger Brennkraftmaschinen leicht Drehzahlen von 3500 U/min und mehr aufweist.
Des Weiteren ist bei diesem System das Antriebsrad auf der Nockenwelle fest angeordnet, so dass ein axialer Verschieberaum erforderlich ist und ein mit dem Antriebsrad kämmendes Rad als Zwischenrad, das eine eigene Lagerung und Führung benötigt.
Aufgabe der Erfindung
Aufgabe der Erfindung ist es daher, ein Versteilsystem der beschriebenen Art zu verbessern und zu vereinfachen und die genannten Probleme zu beheben.
Zusammenfassung der Erfindung
Die Aufgabe der Erfindung wird dadurch gelöst, dass die Verstellnocken als Stufennocken mit nebeneinander angeordneten Nockenscheiben ausgebildet sind und dass die Einlass- und/oder Auslassnocken aufweisende Nockenwelle der Brennkraftmaschine mit einem Stufennocken ausgerüstet ist.
Dabei erfolgt die Verschiebung der Nockenwelle passend zu den Nockenscheiben stufenweise dann, wenn das Betätigungselement den den Nockenscheiben gemeinsamen Grundkreis kontaktiert. Dies bedeutet, dass dieser erfindungsgemäße Vorschlag für die Anwendung bei einem Einzylindermotor, z. B. Motorradmotor gedacht ist, da bei einer mehrzylindrigen Brennkraftmaschine nicht die Möglichkeit besteht, die gesamte Nockenwelle mit mehreren Stufennocken zu verschieben, ohne dass eine Behinderung der Erhebungskurven der Nockenscheiben durch eines oder mehrerer Betätigungselemente, die als Schlepphebel, Kipphebel, Tassenstößel oder dergl. ausgebildet sein können, erfolgt.
Gerade aber für einzylindrige Hubkolbenbrennkraftmaschinen ist dies eine einfache und kostengünstige Lösung.
In vorteilhafter Weise ist die Nockenwelle einerseits durch eine Feder axial belastet und andererseits wird sie axial durch vorzugsweise einen hydraulisch oder elektrisch betätigten Aktuator angesteuert.
Dabei ist das System so ausgelegt, dass die bevorzugte Axiallage durch die Feder vorgegeben ist. Der Aktuator kann dann drucklos oder stromlos geschaltet sein.
In einer alternativen Ausgestaltung der Erfindung weist der Stufennocken in seinem Umfangsbereich zumindest eine Verschiebenut auf, die mit zumindest einem Pin einer, vorzugsweise elektromagnetisch betätigbaren, ortsfesten Verstellvorrichtung kontaktierbar ist, wobei der Verlauf der Verschiebenut oder Verschiebenuten so gewählt ist, dass das Eingreifen des oder der Pins eine Axialverschiebung des Stufennockens und der Nockenwelle verursacht. Dieses System der Verschiebenuten und der Verstellvorrichtung mittels zumindest eines ausfahrbaren Pins ist bei Nocken, die auf einer feststehenden Nockenwelle hin- und hergeschoben werden, bekannt, nicht jedoch bei dem vorliegenden System.
Die Verschiebenuten können bei dem erfindungsgemäßen Vorschlag an dem Stufennocken, vorzugsweise am Grundkreis, oder an der Nockenwelle, außer halb des Stufennockens, oder an einer Steuerscheibe, die mit der Nockenwelle verbunden ist, angeordnet sein.
Um auch dann, wenn der Pin nicht in Eingriff mit der Verschiebenut steht, eine sichere Axiallage der Nockenwelle und des Stufennockens zu gewährleisten, wird vorgeschlagen, dass mit dem Stufennocken oder der Nockenwelle eine Arretiervorrichtung in Verbindung steht, die den Stufennocken und die Nockenwelle der Lage der Nockenscheiben zu dem Betätigungselement passend axial arretiert. Dies kann durch einen federbelasteten Arretierkörper erfolgen, der ortsfest mit Arretiernuten auf der Nockenwelle oder dem Stufennocken in Wirkverbindung steht. Die Arretiervorrichtung kann auch in vorteilhafter Weise zwischen der Nockenwelle und einem im Folgenden noch beschriebenen Antriebsrad angeordnet sein.
In vorteilhafter Weise wird nämlich vorgeschlagen, dass das Antriebsrad der Nockenwelle axial verschiebbar auf der Nockenwelle und axial fest am Gehäuse oder einem Bauteil des Gehäuses der Brennkraftmaschine angeordnet ist. Deshalb kann das Antriebsrad ohne weitere Maßnahmen Bestandteil eines Ketten- oder Riementriebes zwischen der Kurbelwelle und der bzw. den Nockenwellen sein.
Dabei kann das Übertragungsprofil zwischen der Nockenwelle und dem Antriebsrad achsparallel zur Nockenwelle ausgerichtet sein, wobei dann nur eine Verschiebung, nicht aber eine Verdrehung der Nockenwelle gegenüber dem Antriebsrad erfolgt.
Eine gewünschte Verdrehung und damit auch eine Phasenänderung der Nockenwelle sind dann gegeben, wenn das Übertragungsprofil zwischen der Nockenwelle und dem Antriebsrad einen Torsionsverlauf aufweist. Dann wird die Nockenwelle bei Verschiebung im Antriebsrad zusätzlich verdreht.
Um die Verschiebung der Nockenwelle im Antriebsrad zu erleichtern, kann das Übertragungsprofil als Linearlager, insbesondere Wälzkörper-Linearlager, ausgebildet sein.
Kurze Beschreibung der Zeichnungen
Zur weiteren Erläuterung der Erfindung wird auf die Zeichnungen verwiesen, in denen Ausführungsbeispiele der Erfindung vereinfacht dargestellt sind.
Es zeigen:
1: eine Seitenansicht einer Nockenwelle mit Stufennocken und Teilschnitt durch ein Antriebsrad und
2: eine ähnliche Seitenansicht wie 1 mit modifizierter Axialverschiebung.
Detaillierte Beschreibung der Zeichnung
In den 1 und 2 ist mit 1 eine Nockenwelle bezeichnet, auf der ein Stufennocken 2 dreh- und axialfest angeordnet ist. Der Stufennocken 2 hat nebeneinander angeordnete Nockenscheiben 3 und 3a, die unterschiedliche Nockenerhebungen bei einem unveränderten Grundkreis aufweisen. Die Nockenwelle 1 ist in nur skizziert dargestellten Lagern 4 geführt und dort auch axial verschiebbar angeordnet. An einem Ende der Nockenwelle 1 ist ein schiebbar angeordnet. An einem Ende der Nockenwelle 1 ist ein Antriebsrad 5 vorgesehen, das axial verschiebbar auf der Nockenwelle 1 angeordnet ist. In dem Ausführungsbeispiel gemäß 1 ist das Übertragungsprofil zwischen der Nockenwelle 1 und dem Antriebsrad 5 tordiert ausgebildet, während das Übertragungsprofil in 2 achsparallel zur Nockenwelle 1 ausgeführt ist. Das Antriebsrad 5 ist, nicht dargestellt, in einem Gehäuse, insbesondere dem Zylinderkopf einer Hubkolbenkraftmaschine axial geführt und ggf. getrennt von der Nockenwelle 1 gelagert, so dass eine axiale Verschiebung der Nockenwelle 1 nicht auf das Antriebsrad 5 übertragen wird.
In 1 weist die Axialverstellung der Nockenwelle 1 eine Feder 6 auf, die zur Reibverminderung mittels einer Kugel koaxial zur Mittelachse der Nockenwelle 1 diese kontaktiert. Auf der gegenüberliegenden Seite ist ein Aktuator 7 angebaut, der ebenfalls über eine Kugel mit der Nockenwelle 1 in Verbindung steht. Ist der Aktuator 7, der elektromagnetisch oder auch hydraulisch betätigt ausgeführt sein kann, strom- oder drucklos, so verschiebt die Feder 6 die Nockenwelle 1 so weit nach rechts, dass die Nockenscheibe 3 mit dem größeren Hub mit einem nicht dargestellten Betätigungselement in Wirkverbindung steht. Wird der Aktuator 7 betätigt und um ein bestimmtes Maß nach links verschoben, wobei diese Verschiebung dann erfolgt, wenn das Betätigungselement sich im Bereich des Grundkreises des Stufennockens 2 befindet, so steht das Betätigungselement danach mit der Nockenscheibe 3a mit dem kleineren Hub in Wirkverbindung. Gleichzeitig erfolgt in 1 während des Verschiebens auch eine zusätzliche Verdrehung der Nockenwelle 1 in dem Antriebsrad 5, so dass auch eine Änderung der Phasenlage des Stufennockens 2 bewirkt wird.
Im Ausführungsbeispiel gemäß 2 erfolgt keine Verdrehung der Nockenwelle 1 im Antriebsrad 5, weil das Übertragungsprofil achsparallel ausgebildet ist. Die Verschiebung erfolgt mittels einer Verschiebenut 8, in die ein Pin 9 und/oder ein Pin 9a durch Radialbewegung eingreifen kann. Die Pins sind in einer ortsfesten Verstellvorrichtung angeordnet und können elektromagnetisch zumindest ausgefahren werden.
Greift eine der Pins 9 oder 9a in die Verschiebenut 8 ein, so folgt eine Verschiebung der Nockenwelle 1 und des Stufennockens 2, wobei auch hier die Verschiebung dann erfolgt, wenn das nicht dargestellte Betätigungselement sich im Bereich des Grundkreises des Stufennockens 2 befindet.
Bezugszeichenliste

1: Nockenwelle
2: Stufennocken
3: Nockenscheibe
3a: Nockenscheibe
4: Lager
5: Antriebsrad
6: Feder
7: Aktuator
8: Verschiebenut
9: Pin
9a: Pin

ZITATE ENTHALTEN IN DER BESCHREIBUNG
Diese Liste der vom Anmelder aufgeführten Dokumente wurde automatisiert erzeugt und ist ausschließlich zur besseren Information des Lesers aufgenommen. Die Liste ist nicht Bestandteil der deutschen Patent- bzw. Gebrauchsmusteranmeldung. Das DPMA übernimmt keinerlei Haftung für etwaige Fehler oder Auslassungen.
Zitierte Patentliteratur

WO 95/20720 [0002]

Claims

Verstellsystem für Gaswechselventile von Hubkolbenbrennkraftmaschinen mit einer von einer Kurbelwelle der Brennkraftmaschine angetriebenen Nockenwelle (1), mit fest auf der Nockenwelle (1) angeordneten Verstellnocken, die mit Betätigungselementen in Wirkverbindung stehen, wobei diese die Gaswechselventile beherrschen, und mit einer Vorrichtung zur axialen Verschiebung der Nockenwelle (1), dadurch gekennzeichnet, dass die Verstellnocken als Stufennocken (2) mit nebeneinander angeordneten Nockenscheiben (3, 3a) ausgebildet sind und dass die Einlass- und/oder Auslassnocken aufweisende Nockenwelle (1) der Brennkraftmaschine mit einem Stufennocken (2) ausgerüstet ist.
Verstellsystem nach Anspruch 1, dadurch gekennzeichnet, dass die Verschiebung der Nockenwelle (1) passend zu den Nockenscheiben (3) stufenweise dann erfolgt, wenn das Betätigungselement sich im Bereich des den Nockenscheiben (3, 3a) gemeinsamen Grundkreises befindet.
Verstellsystem nach einem der Ansprüche 1 oder 2, dadurch gekennzeichnet, dass die Nockenwelle (1) einerseits durch eine Feder (6) axial belastet ist und andererseits mit einem Aktuator (8) in Wirkverbindung steht.
Verstellsystem nach einem der vorhergehenden Ansprüche, dadurch gekennzeichnet, dass die bevorzugte Axiallage der Nockenwelle (1) durch die Feder (6) vorgegeben ist.
Verstellsystem nach einem der Ansprüche 1 oder 2, dadurch gekennzeichnet, dass der Stufennocken (2) in seinem Umfangsbereich zumindest eine Verschiebenut (8) aufweist, die mit zumindest einem Pin (9 oder 9a) einer, vorzugsweise elektromagnetisch betätigbaren, ortsfesten Verstellvorrichtung kontaktierbar ist, wobei der Verlauf der Verschiebenut(en) (8) so gewählt ist, dass das Eingreifen der Pins (9, 9a) eine Axialverschiebung des Stufennockens (2) und der Nockenwelle (1) in die eine oder andere Richtung verursacht.
Verstellsystem nach einem der vorhergehenden Ansprüche, dadurch gekennzeichnet, dass die Verschiebenuten (8) direkt auf der Nockenwelle (1) oder einer mit der Nockenwelle (1) verbundenen Steuerscheibe angebracht sind.
Verstellsystem nach einem der vorhergehenden Ansprüche, dadurch gekennzeichnet, dass mit dem Stufennocken (2) oder der Nockenwelle (1) eine Arretiervorrichtung in Verbindung steht, die den Stufennocken (2) oder die Nockenwelle (1) der Lage der Nockenscheiben (3, 3a) zu dem Betätigungselement passend axial arretiert.
Verstellsystem nach einem der vorhergehenden Ansprüche, dadurch gekennzeichnet, dass das Antriebsrad (5) der Nockenwelle (1) axial verschiebbar auf der Nockenwelle (1) und zumindest axialfest an einem Gehäuse oder einem Bauteil eines Gehäuses der Brennkraftmaschine geführt ist.
Verstellsystem nach einem der vorhergehenden Ansprüche, dadurch gekennzeichnet, dass das Übertragungsprofil zwischen der Nockenwelle (1) und dem Antriebsrad (5) achsparallel zur Nockenwelle (1) ausgerichtet ist.
Verstellsystem nach einem der Ansprüche 1 bis 8, dadurch gekennzeichnet, dass das Übertragungsprofil zwischen der Nockenwelle (1) und dem Antriebsrad (5) einen Torsionsverlauf aufweist.