DE102011001123A1

DE102011001123A1 - Brennkraftmaschine

Info

Publication number: DE102011001123A1
Application number: DE201110001123
Authority: DE
Inventors: Joachim Grünberger; Frank Ickinger
Original assignee: Dr Ing HCF Porsche AG
Current assignee: Dr Ing HCF Porsche AG
Priority date: 2011-03-07
Filing date: 2011-03-07
Publication date: 2012-09-13

Abstract

Brennkraftmaschine (1) mit mehreren Zylindern, einem Kurbelgehäuse (2), einem Zylinderkopf (3) und einem Zylinderkopfdeckel (4), wobei der Zylinderkopf aus einem Zylinderkopfunterteil (5) und einem Nockenwellengehäuse (6) gebildet ist, wobei zur Betätigung von Gaswechselventilen mindestens eine Nockenwelle (7, 8) mit mindestens einem auf der jeweiligen Nockenwelle axial verschiebbaren Schiebenocken (13) vorgesehen ist, wobei der jeweilige Schiebenocken einen Kulissenabschnitt (15) mit mehreren am Umfang desselben hintereinander positionierten Nuten, nämlich mit einer ersten Nut (29) für eine Verschiebung des Schiebenockens in einer ersten Richtung und einer zweiten Nut (30) für eine Verschiebung desselben in einer entgegen gesetzten zweiten Richtung, aufweist, wobei zur Bewirkung der Verschiebung des jeweiligen Schiebenockens ein Aktuator (16) mit mehreren betätigbaren Stiften, nämlich mit einem ersten Stift (31) für eine Verschiebung des Schiebenockens in den beiden Richtungen um ein erstes Axialsegment und einem zweiten Stift (32) für eine Verschiebung desselben in den beiden Richtungen um ein zweites Axialsegment, vorgesehen ist, und wobei die oder jede Nockenwelle (7, 8) und der oder jeder Schiebenocken (13) im Nockenwellengehäuse (6) positioniert sind.

Description

Die Erfindung betrifft eine Brennkraftmaschine mit mehreren Zylindern gemäß dem Oberbegriff des Patentanspruchs 1.
Bei modernen Brennkraftmaschinen werden zur Optimierung der Ladungsbewegung im Brennraum variable Ventiltriebe verwendet, mit denen bei den Gaswechselventilen der Brennkraftmaschine unterschiedliche Ventilhübe eingestellt werden können. Aus der DE 196 11 641 C1 ist ein Ventiltrieb einer Brennkraftmaschine bekannt, mit dem die Betätigung eines Gaswechselventils mit mehreren unterschiedlichen Hubkurven ermöglicht wird. Hierzu ist auf der Nockenwelle ein Schiebenocken mit mehreren Nockenbahnen drehfest aber axial verschieblich gelagert, der eine Hubkontur aufweist, in die ein Betätigungselement in Form eines Stifts zur Erzeugung einer axialen Verschiebung des Nockens eingreift. Durch die axiale Verschiebung des Nockens wird beim jeweiligen Gaswechselventil ein unterschiedlicher Ventilhub eingestellt.
Aus der DE 10 2008 060 166 A1 ist ein Ventiltrieb bekannt, bei welchem ein auf einer Nockenwelle drehfest aber axial verschieblich gelagerter Schiebenocken einen Kulissenabschnitt mit mehreren Nuten aufweist, und bei welchem zur Bewirkung einer axialen Verschiebung des Schiebenockens ein Aktuator mit mehreren betätigbaren Stiften vorgesehen ist. Der Kulissenabschnitt verfügt über eine erste, rechtsgängige Nut und eine zweite, linksgängige Nut, die am Umfang des Kulissenabschnitts nebeneinander angeordnet sind und in eine gemeinsame Auslaufnut übergehen. Mit den Nuten des Kulissenabschnitts wirken die Stifte des Aktuators zusammen.
Ferner ist bereits ein Ventiltrieb bekannt, bei welchem die Nuten des Kulissenabschnitts am Umfang des Kulissenabschnitts hintereinander positioniert sind, nämlich eine erste Nut für eine axiale Verschiebung des Schiebenockens in einer ersten Richtung und eine zweite Nut für eine axiale Verschiebung des Schiebenockens in einer entgegen gesetzten zweiten Richtung. Auch bei diesem Ventiltrieb umfasst der Aktuator zur Bewirkung der axialen Verschiebung des Schiebenockens mehrere betätigbare Stifte, nämlich einen ersten Stift für eine axiale Verschiebung des Schiebenockens in den beiden Richtungen um ein erstes Axialsegment und einen zweiten Stift für eine axiale Verschiebung des Schiebenockens in den beiden Richtungen um ein zweites Axialsegment.
In der DE 10 2007 027 979 A1 ist ein Ventiltrieb für Gaswechselventile einer Brennkraftmaschine mit einem Nockenwellen-Tunnellager beschrieben, der auf einer Nockenwelle verschiebbare Nockenstücke umfasst, wobei zwischen zwei für die Betätigung von Gaswechselventilen eines Zylinders vorgesehenen Schiebenockenstücke ein Radiallager der Nockenwelle positioniert ist. Die bisher bekannten Lagerungen eines Ventiltriebs mit einem Schiebenockenpaket sind aufwendig und bieten begrenzte Flexibilität.
Aufgabe der Erfindung ist es, die Anordnung eines Ventiltriebs gemäß dem Oberbegriff des Patentanspruchs 1 in einem Zylinderkopf einer Brennkraftmaschine zu vereinfachen. Diese Aufgabe wird erfindungsgemäß durch eine Vorrichtung mit den Merkmalen des Patentanspruchs 1 gelöst. Die erfindungsgemäße Brennkraftmaschine zeichnet sich dadurch aus, dass die Nockenwellen und die Schiebenocken im Nockenwellengehäuse positioniert sind. Somit erfolgt eine vorteilhafte Unterbringung eines Ventiltriebs mit einer kompakten Schiebenockeneinrichtung für die Betätigung der Gaswechselventile eines Zylinders in dem Nockenwellengehäuse.
Nach einer vorteilhaften Weiterbildung der Erfindung ist die jeweilige zur Ventilbetätigung drehbar gelagerte Nockenwelle mit dem oder jedem axial verschiebbaren Schiebenocken im Nockenwellengehäuse derart montierbar, dass die Nockenwelle, der oder jeder Schiebenocken und das Nockenwellengehäuse zusammen eine vormontierte Einheit bilden, welche an das Zylinderkopfunterteil anbringbar ist. Dies führt zu einer vereinfachten Montage der Brennkraftmaschine und ermöglicht daher aufgrund der vereinfachten Handhabe und der vorab geprüften und vormontierten Einheit eine zuverlässige qualitätsgesicherte sowie eine kostengünstige Produktion der Brennkraftmaschine.
Vorzugsweise sind die zur Bewirkung der axialen Verschiebung des Schiebenockens vorgesehenen Aktuatoren in einem seitlichen Bereich des Nockenwellengehäuses angeordnet. Zweckmäßigerweise ist hierzu eine seitliche Wandung des Nockenwellengehäuses zur Aufnahme der Aktuatoren mit mehreren darin angeordneten Öffnungen versehen. Durch die seitliche Anordnung der Aktuatoren können diese in das Nockenwellengehäuse mit weniger Aufwand als bisher eingeführt und die Aufbautoleranzen reduziert werden, wobei diese dann derart aufgenommen sind, dass eine Bauhöhe eines Zylinderkopfes auf ein Minimum reduziert wird.
Somit erfolgt eine besonders kompakte und vereinfachte Anordnung der Brennkraftmaschine, wobei durch die für die Aufnahme der Aktuatoren vorgesehenen seitlichen Öffnungen die Anschlussmöglichkeiten der Aktuatoren, beispielsweise an einem Steuergerät der Brennkraftmaschine, vereinfacht werden. Darüber hinaus kann insbesondere die Ausgestaltung des Zylinderkopfdeckels vereinfacht ausgeführt werden.
Nach einer bevorzugten Ausgestaltung der Erfindung ist jedem Schiebenocken pro Zylinder ein einzelner Aktuator für die Betätigung der einlassseitigen oder auslassseitigen Gaswechselventile zugeordnet. Insbesondere sind der Schiebenocken und der Aktuator im Nockenwellengehäuse räumlich zwischen zwei Lagerstellen der Nockenwelle positioniert. Vorzugsweise sind mit einem Schiebenocken pro Zylinder mindestens zwei oder drei Gaswechselventile betätigbar, wobei der am Schiebenocken angeordnete Kulissenabschnitt zwischen zwei Nockenabschnitte positioniert ist, welche jeweils für die Betätigung der Gaswechselventile dienen und jeweils drei Nockenbahnen aufweisen. Folglich liegt eine kompakte Schiebenockenform vor, mit der die Betätigung von zwei nahe zueinander positionierten Gaswechselventilen funktionssicher bewirkt werden kann.
In einer weiteren Ausgestaltung der Erfindung sind die Nockenwellenverstelleinrichtung und das Antriebsrad mit der Nockenwelle verbunden, im Nockenwellengehäuse angeordnet und bilden in vorteilhafter Weise ein Teil der vormontierten Einheit.
Weitere Merkmale und Merkmalskombinationen ergeben sich aus der Beschreibung. Konkrete Ausführungsbeispiele der Erfindung sind in der Zeichnung vereinfacht dargestellt und in der nachfolgenden Beschreibung näher erläutert. Es zeigen:
1 eine schematisch dargestellte Brennkraftmaschine der Boxer-Bauart;
2 eine Schnittansicht des Zylinderkopfes der Brennkraftmaschine aus 1;
3 eine weitere Schnittansicht des Zylinderkopfes der Brennkraftmaschine aus 1;
4 eine perspektivische Ansicht eines Nockenwellengehäuses der Brennkraftmaschine aus 1 gemäß einer ersten Ausführungsform;
5 eine weitere perspektivische Ansicht der Brennkraftmaschine aus 1 gemäß der ersten Ausführung;
6 eine perspektivische Ansicht eines Nockenwellengehäuses der Brennkraftmaschine nach 1 gemäß einer zweiten Ausführung;
7 eine perspektivische Ansicht des Nockenwellengehäuses der Brennkraftmaschine nach 1 mit einstückig am Nockenwellengehäuse ausgebildeten Lagereinrichtungen;
8 eine Alternative zur Schnittansicht der 2; und
9 ein schematisiertes Schaubild zur Verdeutlichung von Details sowie der Funktionsweise eines Kulissenabschnitts eines Schiebenockens und eines mit dem Kulissenabschnitt zusammenwirkenden Aktuators des Ventiltriebs der Brennkraftmaschine.
In 1 ist eine Brennkraftmaschine 1 der Boxer-Bauart gezeigt, die aus zwei liegend angeordneten Zylinderreihen 1a und 1b gebildet ist. Die Brennkraftmaschine 1 umfasst ein Kurbelgehäuse 2 und pro Zylinderreihe 1a bzw. 1b jeweils einen Zylinderkopf 3, der nach außen von einem Zylinderkopfdeckel 4 begrenzt ist. Der Zylinderkopf 3 setzt sich aus einem Zylinderkopfunterteil 5 und einem Nockenwellengehäuse 6 zusammen.
Gemäß 2 sind im Nockenwellengehäuse 6 zur Steuerung von Gaswechselventilen der Brennkraftmaschine 1 eine Einlassnockenwelle 7 und eine Auslassnockenwelle 8 gelagert. Das Nockenwellengehäuse 6 ist als eine vorgefertigte Einheit an das Zylinderkopfunterteil 5 angebracht und mit diesem verschraubt. Hierzu sind mehrere Schrauben 11 vorgesehen. Nach der Montage des Nockenwellengehäuses 6 am Zylinderkopfunterteil 5 erfolgt die Anbringung des Zylinderkopfdeckels 4 an das Nockenwellengehäuse 6. Zur Befestigung des Zylinderkopfdeckels 4 am Nockenwellengehäuse 6 sind mehrere Schrauben 12 vorgesehen. Pro Zylinder sind zwei Einlassventile 9 und zwei Auslassventile 10 vorgesehen, wobei die Einlassventile 9 von der Einlassnockenwelle 7 in bekannter Weise gesteuert betätigt werden. Die Auslassventile 10 werden von der Auslassnockenwelle 8 gesteuert betätigt. Hierzu weist die im Nockenwellengehäuse 6 gelagerte Einlassnockenwelle 7 bzw. die Auslassnockenwelle 8 jeweils mehrere Schiebenocken 13 auf.
In 3 ist eine Schnittansicht durch die Einlassnockenwelle 7 dargestellt, welche mit Hilfe von Rollenschlepphebeln 21 die zwei Einlassventile 9 betätigt. Gemäß 3 ist der Schiebenocken 13 aus einem in der Mitte positionierten Kulissenabschnitt 15 und zwei äußeren Nockenabschnitten 14 gebildet. Jeder äußere Nockenabschnitt 14 umfasst drei Nockenbahnen 17, wobei mit jeder der Nockenbahnen 17 ein unterschiedlicher Ventilhub eingestellt wird. Der in 3 dargestellte Schiebenocken 13 umfasst demnach für jedes Ventil drei Nockenbahnen 17, die axial verschiebbar sind.
Wie in 4 oder 5 zu sehen ist, ist jedem Schiebenocken 13 ein Aktuator 16 zugeordnet, der ausfahrbare, in 4 oder 5 nicht dargestellte Stifte aufweist, die mit dem Kulissenabschnitt 15 des Schiebenockens 13 zusammenwirken. Dadurch erfolgt eine axiale Verschiebung des Schiebenockens 13 in einem Bereich zwischen zwei Nockenwellenlagern. Durch die axiale Verschiebung des Schiebenockens 13 wird das jeweilige Ventil gezielt mit einer bestimmten Nockenbahn 17 betätigt, so dass eine unterschiedliche Ventilhubeinstellung erfolgt.
Details der axialen Verschiebung der Schiebenocken 13 auf der Nockenwelle 7, die durch das Zusammenwirken des Kulissenabschnitts 15 des jeweiligen Schiebenockens 13 mit dem jeweiligen Aktuator 16 bewirkt wird, ergeben sich aus dem schematisierten Schaubild der 9, wobei in 9 zusätzlich zu einem ausschnittsweisen Querschnitt durch den Kulissenabschnitt 15 des Schiebenockens 13 eine Abwicklung des Kulissenabschnitts 15 gezeigt ist, jeweils zusammen mit der axialen Relativposition eines Nockenabschnitts 14 relativ zu einem zu betätigenden Einlassventil 9 und zusammen mit einem Aktuator 16. Abhängig von der axialen Relativposition des Nockenabschnitts 14 zum Einlassventil 9 ist das Einlassventil 9 durch eine der Nockenbahnen 17 des Nockenabschnitts 14 betätigbar.
Gemäß 9 umfasst der Kulissenabschnitt 15 des axial verschiebbaren Schiebenockens 13 mehrere in Umfangsrichtung des Kulissenabschnitts 15 und damit am Umfangs des Schiebenockens 13 hintereinander positionierte Nuten, nämlich eine erste Nut 29 für eine axiale Verschiebung des Schiebenockens 13 in einer ersten axialen Richtung und eine zweite Nut 30 für eine axiale Verschiebung des Schiebenockens 13 in einer entgegen gesetzten, zweiten axialen Richtung.
Die in Umfangsrichtung des Kulissenabschnitts 15 hintereinander positionierten Nuten 29 und 30 sind dabei jeweils S-förmig konturiert, wobei diese Nuten 29 und 30 in Umfangsrichtung hintereinander am Kulissenabschnitt 15 ausgebildet sind und sich demnach über unterschiedliche Umfangsabschnitte des Schiebenockens 13 und damit Kulissenabschnitts 15 erstrecken. Die erste S-förmig konturierte Nut 29 bewirkt im Diagramm der 9 eine Verschiebung des Schiebenockens 13 und damit des in 9 gezeigten Nockenabschnitts 14 nach links im Sinne der Pfeile X, wohingegen die zweite S-förmig konturierte Nut 30, die in Umfangsrichtung hinter der ersten Nut 29 positioniert ist, im Sinne der Pfeile Y eine Verschiebung des Schiebenockens 13 und damit des Nockenabschnitts 14 nach rechts bewirkt. Beide S-förmig konturierten Nuten 29 und 30 definieren zusammen einen doppel-S-förmig konturierten Kulissenabschnitt 15.
Der Aktuator 16, der mit dem Kulissenabschnitt 15, nämlich mit den Nuten 29 und 30 des Kulissenabschnitts 15 zusammenwirkt, verfügt über zwei Stifte 31 und 32. Die Stifte 31 und 32 des Aktuators 16 sind zum Beispiel gemäß der aus der DE 10 2008 060 166 A1 bekannten Art und Weise über als Rastkugeln ausgebildete Rastelemente in einem Gehäuse des Aktuators 16 verrastet und können durch Bestromen eines Elektromagneten des Aktuators 16 freigegeben werden, um die Stifte 31 und 32 in radialer Richtung des Kulissenabschnitts 15 bzw. Schiebenockens 13 axial zu verlagern. Wie weiter unten in größerem Detail beschrieben wird, dient ein erster Stift 31 der axialen Verschiebung des Schiebenockens 13 in beiden Richtungen X und Y um jeweils ein erstes Axialsegment, wohingegen ein zweiter Stift 32 der Verschiebung des Schiebenockens 13 in beiden Richtungen X und Y um ein zweites Axialsegment dient.
Im ersten Axialsegment der axialen Verschiebung des Schiebenockens 13 erfolgt eine relative Axialverlagerung des Schiebenockens 13 und damit des in 9 gezeigten Nockenabschnitts 14 relativ zu einem Einlassventil 9 zwischen einer Nockenbahn 17, die einen relativ kleinen Hub des jeweiligen Einlassventils 9 bewirkt, und einer Nockenbahn 17, die einen mittleren Hub des jeweiligen Einlassventils 9 bewirkt, wobei in 9 die Verlagerung des Schiebenockens 13 und damit des gezeigten Nockenabschnitts 14 in diesem ersten Axialsegment zwischen den Zuständen A und B sowie den Zuständen G und H erfolgt.
Im zweiten Axialsegment der axialen Verschiebung des Schiebenockens 13 erfolgt eine relative Axialverlagerung des Schiebenockens 13 und damit des in 9 gezeigten Nockenabschnitts 14 relativ zu einem Einlassventil 9 zwischen und der Nockenbahn 17, die den mittleren Hub des jeweiligen Einlassventils 9 bewirkt, und einer Nockenbahn 17, die einen relativ großen. Hub des jeweiligen Einlassventils 9 bewirkt, wobei in 9 die Verlagerung des Schiebenockens 13 und damit des gezeigten Nockenabschnitts 14 in diesem zweiten Axialsegment zwischen den Zuständen C und D sowie den Zuständen E und F erfolgt.
Die obigen Übergänge unterscheiden sich jeweils durch die Richtung der axialen Verlagerung des Schiebenockens 13 und damit des gezeigten Nockenabschnitts 14, nämlich derart, dass zwischen den Zuständen A und B und den Zuständen C und D eine Verlagerung des in 9 gezeigten Nockenabschnitts 14 jeweils in der Richtung X nach links und zwischen den Zuständen E und F sowie G und H jeweils eine Verlagerung desselben in der Richtung Y nach rechts erfolgt.
Dann, wenn der Nockenabschnitt 14 in 9 vom Zustand A, also vom Zustand mit der aktiven Nockenbahn 17 für den relativ kleinen Hub des jeweiligen Einlassventils 9, in den Zustand B, also in den Zustand mit der aktiven Nockenbahn 17 für den mittleren Hub des jeweiligen Einlassventils 9, überführt werden soll, wenn also eine Axialverlagerung des Schiebenockens 13 in der ersten Richtung X im ersten Axialsegment erfolgen soll, ist der erste Stift 31 des Aktuators 16 in die erste Nut 29 in Eingriff gebracht, wobei durch Verdrehen der Nockenwelle 7 und damit des Schiebenockens 13 in der in 9 gezeigten Drehrichtung Z relativ zum feststehenden Aktuator 16 und damit feststehenden Stift 31 der Schiebenocken 13 in der ersten Axialrichtung X im ersten Axialsegment verlagert wird.
Soll der Schiebenocken 13 und damit der Nockenabschnitt 14 in dieser ersten axialen Richtung X weiter axial verlagert werden, also vom Zustand C in den Zustand D überführt und damit im zweiten Axialsegment verschoben werden, so ist der zweite Stift 32 des Aktuators 16 in die erste Nut 29 eingebracht, und durch Verdrehen der Nockenwelle 7 und damit des Schiebenockens 13 in der Drehrichtung Z relativ zum feststehenden Stift 32 wird der Kulissenabschnitt 15 und damit der Schiebenocken 13 weiter in dieser ersten axialen Richtung X im zweiten Axialsegment verlagert.
Zur Verlagerung des Schiebenockens 13 und damit des Nockenabschnitts 14 in der entgegen gesetzten, zweiten axialen Richtung dient die zweite Nut 30 des Kulissenabschnitts 15, wobei zur axialen Verschiebung des Schiebenockens 13 in der zweiten Richtung Y im zweiten Axialsegment, also zur Überführung des Nockenabschnitts 14 vom Zustand E in den Zustand F, mit dieser zweiten Nut 30 der zweite Stift 32 des Aktuators 16 zusammenwirkt, und wobei zur Verlagerung des Schiebenockens 13 in der zweiten Richtung Y im ersten Axialsegment, also zur Verlagerung des Nockenabschnitts 14 vom Zustand G in den Zustand H, mit dieser zweiten Nut 30 der erste Stift 31 des Aktuators 16 zusammenwirkt. Die Nockenwelle 7 wird immer in der Drehrichtung Z verdreht.
Wie bereits ausgeführt, sind die beiden Nuten 29 und 30, die jeweils S-förmig konturiert sind, in Umfangsrichtung des Kulissenabschnitts 15 hintereinander positioniert, sodass sich dieselben demnach über unterschiedliche Umfangsabschnitts des Kulissenabschnitts 15 und damit Schiebenockens 13 erstrecken. Beide Nuten 29 und 30 erstrecken sich dabei über einen Umfangsabschnitt von jeweils in etwa 180° des Kulissenabschnitts.
Aus den obigen Zusammenhängen folgt demnach, dass abhängig von der gewünschten Richtung X oder Y der axialen Verschiebung des Schiebenockens 13 auf der Nockenwelle 7 entweder die erste Nut 29 oder die zweite Nut 30 des Kulissenabschnitts 15 im Zusammenspiel mit einem der Stifte 31 und 32 des Aktuators 16 genutzt wird. Zur Verschiebung des Schiebenockens 13 in der ersten axialen Richtung X greift einer der Stifte 31 und 32 in die erste Nut 29 ein. Zur Verschiebung des Schiebenockens 13 in der zweiten axialen Richtung Y greift einer der Stifte 31 oder 32 in die zweite Nut 30 des Kulissenabschnitts 15 ein.
Abhängig vom gewünschten Axialsegment der axialen Verschiebung des Schiebenockens 13 greift entweder der erste Stift 31 oder der zweite Stift 32 des Aktuators 16 in eine der Nuten 29 und 30 des Kulissenabschnitts 15 des Schiebenockens 13 ein. Für die axiale Verschiebung des Schiebenockens 13 im ersten Axialsegment, also zur Überführung des Nockenabschnitt 14 zwischen einer Position, die einen kleinen Ventilhub bewirkt, und einer Position, die einen mittleren Ventilhub bewirkt, sowie umgekehrt, steht der erste Stift 31 abhängig von der gewünschten Richtung mit einer der Nuten 29 und 30 in Eingriff.
Zur Axialverschiebung im zweiten Axialsegment, also zur Überführung des Nockenabschnitts 14 von einer Position, die einen mittleren Ventilhub bewirkt, in eine Position, mit die einen großen Ventilhub, sowie umgekehrt, steht abhängig von der gewünschten Richtung der Axialverschiebung der zweite Stift 32 mit einer der Nuten 29 und 30 des Kulissenabschnitts 15 in Eingriff.
An einem Ende jeder Nockenwelle 7, 8 ist jeweils eine Nockenwellenverstelleinrichtung 18 und ein Antriebsrad 19 gemäß 4 angebracht. Die Nockenwellenverstelleinrichtung 18 wird hydraulisch oder elektrisch betätigt, mit der ein Nockenwellenwinkel verstellt wird, um die Steuerzeiten der Brennkraftmaschine zu verändern. Das Antriebsrad 19 ist als Kettenrad ausgeführt und dient dazu, die jeweilige Nockenwelle 7, 8 anzutreiben. Hierzu ist das Antriebsrad 19 über eine nicht dargestellte Antriebskette mit einer nicht dargestellten Kurbelwelle der Brennkraftmaschine 1 gekoppelt.
Zur Lagerung der Nockenwellen 7 und 8 sind beispielsweise jeweils drei Radiallagereinrichtungen 20 vorgesehen, welche einen unteren Lagerringkörper 23 umfassen, der einstückig mit dem Nockenwellengehäuse 6 ausgebildet ist. Bei einer Brennkraftmaschine der V-Bauart mit 8 Zylindern sind beispielsweise vier Radiallagereinrichtungen 20 vorgesehen. Weiterhin umfasst jede Radiallagereinrichtung 20 einen Einzellagerdeckel 22, der mit dem unteren Ring mit Hilfe von beispielsweise zwei Schrauben am Nockenwellengehäuse 6 befestigt ist. Alternativ sind die Einzellagerdeckel gemäß 7 einstückig mit dem Nockenwellengehäuse 6 ausgebildet. In diesem Fall liegt eine tunnelartige Radiallagereinrichtungen 20a vor. Hier wird die jeweilige Nockenwelle 7 bzw. 8 zur Montage am Nockenwellengehäuse 6 durch eine entsprechende Öffnung 28 eingeschoben. Die Schiebenocken 13 werden an der entsprechenden Stelle zwischen den jeweiligen Radiallagereinrichtungen 20a derart in Stellung gebracht, dass die jeweilige Nockenwelle 7 bzw. 8 dann in diese eingeschoben wird.
Die Nockenwellen 7 und 8 werden am Nockenwellengehäuse 6 vormontiert und mit dem jeweiligen Nockenwellenversteller 18 und dem Antriebsrad 19 verbunden. Demnach liegt eine vormontierte Nockenwellengehäuseeinheit vor, die in einem einzigen Montageschritt am Zylinderkopfunterteil 5 angebracht wird.
Das Nockenwellengehäuse 6 umfasst zwei Endabschnitte 24 und 25, zwischen denen sich zwei seitliche Wandungen bzw. Randteile 26 und 27 erstrecken. Die Nockenwellen 7 und 8 erstrecken sich in axialer Richtung parallel zu den seitlichen Wandungen 26 und 27 und werden in axialer Richtung von den beiden Endabschnitten 24 und 25 begrenzt.
In 4 ist das vormontierte Nockenwellengehäuse 6 zusammen mit den Nockenwellen 7 und 8 dargestellt. Die zusammen verschraubten. Teile Zylinderkopfdeckel 4, Nockenwellengehäuse 6 und Zylinderkopfunterteil 5 sind in 2 dargestellt. Sowohl an der Einlassnockenwelle 7 als auch an der Auslassnockenwelle 8 ist für jeden Zylinder jeweils ein einzelner Schiebenocken 13 vorgesehen, zwischen dem und dem jeweiligen Gaswechselventil jeweils ein Rollenschlepphebel 21 angeordnet ist.
Die drehfest mit der jeweiligen Nockenwelle verbundenen Schiebenocken 13 ermöglichen eine Ventilhubverstellung. Der Nockenwellenwinkel kann durch die jeweilige Nockenwellenverstelleinrichtung verändert werden. Der Antrieb der Nockenwelle 7 und 8 erfolgt durch das Antriebsrad 19. Je nach Betriebspunkt der Brennkraftmaschine 1 wird. eine gezielte Verstellung des Ventilhubes und/oder des Nockenwellenwinkels vorgenommen, um beim jeweiligen Betriebpunkt einen bestmöglichen Wirkungsgrad der Brennkraftmaschine 1 zu erreichen.
Bei dem in 4 und 5 gezeigten Ausführungsbeispiel sind die Aktuatoren 16 im Nockenwellengehäuse 6 seitlich, vorzugsweise in der jeweiligen seitlichen Wandung 26 und 27, positioniert. Hierzu sind gemäß 5 jeweils eine entsprechende Öffnung 29 an der seitlichen Wandung 26 und 27 des Nockenwellengehäuses 6 vorgesehen, durch die der jeweilige Aktuator 16 eingeschoben wird. Durch die seitliche Anordnung der Aktuatoren 16 wird eine Bauraumhöhe des Nockenwellengehäuses 16 auf ein Minimum reduziert. Eine solche Anordnung ist insbesondere bei Boxer-Motoren von Vorteil, da diese im Fahrzeug liegende Zylinder aufweisen, und in der Breite mehr Bauraum beanspruchen als beispielsweise Reihen- oder V-Motoren.
In 6 ist ein zweites Ausführungsbeispiel dargestellt, bei dem die Aktuatoren 16 im Nockenwellengehäuse 6 oberhalb der Nockenwellen 7 und 8 positioniert sind. Eine solche Anordnung eignet sich insbesondere für Brennkraftmaschinen der V- oder Reihen-Bauart.
Die in 7 gezeigte Alternative eignet sich für beide Ausführungsbeispiele. Hier sind die. Einzellagerdeckel gemäß 7 mit dem Nockenwellengehäuse 6 einstückig ausgebildet, so dass die jeweilige Radiallagereinrichtungen tunnelartig ausgebildet ist.
8 zeigt eine Variante, in welcher der Zylinderkopf 3 ebenfalls aus einem Zylinderkopfunterteil 5 und einem zwischen dem Zylinderkopfdeckel 4 und dem Zylinderkopfunterteil 5 positionierten Nockenwellengehäuse 6 gebildet ist, wobei jedoch im Unterscheid zur 2 das Nockenwellengehäuse 6 in einem vom Zylinderkopfunterteil 5 und Zylinderkopfdeckel 4 begrenzten Hohlraum angeordnet ist. In diesem Fall ist dann das Nockenwellengehäuse 6 ausschließlich mit dem Zylinderkopfunterteil 5 jedoch nicht mit dem Zylinderkopfdeckel 4 durch Verschrauben verbunden, vielmehr sind in diesem Fall das Zylinderkopfunterteil 5 und der Zylinderkopfdeckel 4 durch Verschrauben verbunden. Eine solche Variante kann aus Bauraumgründen bevorzugt sein.
Mit der vorliegenden Erfindung wird ein dreistufiges Schiebenockensystem für eine Brennkraftmaschine 1 mit einer vereinfachten Montage dargestellt, bei dem eine ausreichende Lagerbreite der Radiallager 20 für die Nockenwellen 7 und 8 bei geringen bzw. kleinen Ventil- und Zylinderabständen dargestellt werden können. Durch die Unterbringung der Aktuatoren 16 im Nockenwellengehäuse 6 können die Toleranzen für die Funktion der Schiebenocken 13 gering gehalten werden, da die Bearbeitung der Nockenwellenlager 20 sowie die Bearbeitungen für die Aufnahme der Aktuatork und der Nockenwellenverstelleinrichtung 18 in einem Bauteil bearbeitet werden können. Darüber hinaus kann das Nockenwellengehäuse 6 mit den vormontierten Nockenwellen 7, 8 und Aktuatoren 16 als eine Einheit bei der Herstellung der Brennkraftmaschine 1 angeliefert werden.
Bezugszeichenliste

1: Brennkraftmaschine
1a: Zylinderreihe
1b: Zylinderreihe
2: Kurbelgehäuse
3: Zylinderkopf
4: Zylinderkopfdeckel
5: Zylinderkopfunterteil
6: Nockenwellengehäuse
7: Nockenwelle
8: Nockenwelle
9: Einlassventil
10: Auslassventil
11: Schraube
12: Schraube
13: Schiebenocken
14: Nockenabschnitten
15: Kulissenabschnitt
16: Aktuator
17: Nockenbahnen
18: Nockenwellenverstelleinrichtung
19: Antriebsrad
20: Nockenwellenlager
20a: Radiallagereinrichtung
21: Rollenschlepphebel
22: Einzellagerdeckel
23: Lagerringkörper
24: Endabschnitt
25: Endabschnitt
26: seitliche Wandung/Randteil
27: seitliche Wandung/Randteil
28: Öffnung
29: Nut
30: Nut
31: Stift
32: Stift

ZITATE ENTHALTEN IN DER BESCHREIBUNG
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Zitierte Patentliteratur

DE 19611641 C1 [0002]
DE 102008060166 A1 [0003, 0029]
DE 102007027979 A1 [0005]

Claims

Brennkraftmaschine (1) mit mehreren Zylindern, einem Kurbelgehäuse (2), einem Zylinderkopf (3) und einem Zylinderkopfdeckel (4), wobei der Zylinderkopf aus einem Zylinderkopfunterteil (5) und einem zwischen dem Zylinderkopfdeckel (4) und dem Zylinderkopfunterteil (5) positionierten Nockenwellengehäuse (6) gebildet ist, wobei zur Betätigung von Gaswechselventilen der Zylinder mindestens eine Nockenwelle (7, 8) mit mindestens einem auf der jeweiligen Nockenwelle axial verschiebbaren Schiebenocken (13) vorgesehen ist, wobei der jeweilige Schiebenocken einen Kulissenabschnitt (15) mit mehreren am Umfang desselben hintereinander positionierten Nuten, nämlich mit einer ersten Nut (29) für eine axiale Verschiebung des Schiebenockens in einer ersten Richtung und einer zweiten Nut (30) für eine axiale Verschiebung des Schiebenockens in einer entgegen gesetzten zweiten Richtung, aufweist, und wobei zur Bewirkung einer axialen Verschiebung des jeweiligen Schiebenockens (13) ein Aktuator (16) mit mehreren betätigbaren Stiften, nämlich mit einem ersten Stift (31) für eine axiale Verschiebung des Schiebenockens in den beiden Richtungen um ein erstes Axialsegment und einem zweiten Stift (32) für eine axiale Verschiebung des Schiebenockens in den beiden Richtungen um ein zweites Axialsegment, vorgesehen ist, dadurch gekennzeichnet, dass die oder jede Nockenwelle (7, 8) und der oder jeder Schiebenocken (13) im Nockenwellengehäuse (6) positioniert sind.
Brennkraftmaschine nach Anspruch 1, dadurch gekennzeichnet, dass die oder jede zur Ventilbetätigung drehbar gelagerte Nockenwelle (7, 8) mit dem oder jedem axial verschiebbaren Schiebenocken (13) im Nockenwellengehäuse (6) derart montierbar ist, dass die oder jede Nockenwelle (7, 8), der oder jeder Schiebenocken (13) und das Nockenwellengehäuse (6) eine vormontierte Einheit bilden, welche an das Zylinderkopfunterteil (5) anbringbar ist.
Brennkraftmaschine nach Anspruch 1 oder 2, dadurch gekennzeichnet, dass der zur Bewirkung der axialen Verschiebung des jeweiligen Schiebenockens (13) vorgesehene Aktuator (16) in einem seitlichen Bereich des Nockenwellengehäuses (6) angeordnet sind, wobei das Nockenwellengehäuse (6) zur Aufnahme der Aktuatoren (16) vorzugsweise mit mehreren seitlich positionierten Öffnungen (28) versehen ist.
Brennkraftmaschine nach einem der Ansprüche 1 bis 3, dadurch gekennzeichnet, dass für die Betätigung der einlassseitigen oder auslassseitigen Gaswechselventile pro Zylinder jedem Schiebenocken (13) ein einzelner Aktuator (16) zugeordnet ist, wobei der Schiebenocken und der Aktuator im Nockenwellengehäuse (6) räumlich zwischen zwei Lagerstellen der jeweiligen Nockenwelle (7, 8) positioniert sind.
Brennkraftmaschine nach einem der Ansprüche 1 bis 4, dadurch gekennzeichnet, dass mit einem Schiebenocken (13) mindestens zwei Gaswechselventile betätigbar sind, wobei der am Schiebenocken angeordnete Kulissenabschnitt (15) zwischen zwei Nockenabschnitten (14) positioniert ist, welche jeweils für die Betätigung der Gaswechselventile dienen und jeweils drei Nockenbahnen (17) aufweisen.
Brennkraftmaschine nach einem der Ansprüche 1 bis 5, dadurch gekennzeichnet, dass an einem Ende der Nockenwelle (7, 8) eine Nockenwellenverstelleinrichtung (18) und/oder mindestens ein Antriebsrad (19) angebracht ist.
Brennkraftmaschine nach Anspruch 6, dadurch gekennzeichnet, dass die Nockenwellenverstelleinrichtung (18) und das Antriebsrad (19) mit der Nockenwelle (7, 8) verbunden und im Nockenwellengehäuse (6) zur Bildung eines Teils der vormontierten Einheit angeordnet sind, wobei die Nockenwellenverstelleinrichtung (18) vorzugsweise elektrisch angetrieben ist.
Brennkraftmaschine nach einem der Ansprüche 1 bis 7, dadurch gekennzeichnet, dass das Nockenwellengehäuse (6) zur Lagerung der Nockenwellen (7, 8) mehrere Lagereinrichtungen aufweist, die einstückig mit dem Nockenwellengehäuse (6) ausgebildet sind.
Brennkraftmaschine nach einem der Ansprüche 1 bis 8, dadurch gekennzeichnet, dass die erste Nut (29) und die zweite Nut (30) des Kulissenabschnitts (15) des Schiebenockens (13) jeweils S-förmig konturiert und in Umfangrichtung des Schiebenockens (13) gesehen hintereinander positioniert sind, sodass sich die erste Nut (29) und die zweite Nut (30) über unterschiedliche Umfangsabschnitte des Kulissenabschnitts (15) des Schiebenockens (13) erstrecken.
Brennkraftmaschine nach einem der Ansprüche 1 bis 9, dadurch gekennzeichnet, dass abhängig von der gewünschten Richtung der axialen Verschiebung des Schiebenockens (13) entweder in die erste Nut (29) oder in die zweite Nut (30) des Kulissenabschnitts (15) des Schiebenockens (13) einer der Stifte (31, 32) des Aktuators (16) eingreift, und dass abhängig vom gewünschten Axialsegment der axialen Verschiebung des Schiebenockens (13) entweder der erste Stift (31) oder der zweite Stift (32) des Aktuators (16) in eine der Nuten (29, 20) des Kulissenabschnitts (15) des Schiebenockens (13) eingreift.