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Die Erfindung betrifft eine Brennkraftmaschine mit mehreren Zylindern gemäß dem Oberbegriff des Patentanspruchs 1.
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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. Nach der
DE 196 11 641 C1 ist der Schiebenocken nach der axialen Verschiebung desselben relativ zur Nockenwellen dadurch in seiner axialen Relativposition auf der Nockenwelle rastierbar, dass abhängig von der axialen Relativposition mindestens eine federbeaufschlagte Rastkugel, die in der Nockenwelle aufgenommen und gelagert ist, in mindestens eine Rastnut eingreift, die auf einer radial innenliegenden Fläche des Schiebenockens ausgebildet ist. Eine Arretiervorrichtung zur Arretierung der axialen Relativposition des Schiebenockens auf der Nockenwelle wird demnach nach diesem Stand der Technik durch Rastvertiefungen des Schiebenockens und mindestens eine mit den Rastvertiefungen des Schiebenockens zusammenwirkende Rastkugel bereitgestellt.
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Aus der
DE 10 2007 027 979 A1 ist eine Brennkraftmaschine mit einem Ventiltrieb bekannt, dessen Arretiervorrichtung von zwei Rastelementen gebildet ist, nämlich einem ersten Rastelement mit mehreren Rastvertiefungen, das Bestandteil des Schiebenockens ist und zusammen mit dem Schiebenocken relativ zur Nockenwelle axial verlagerbar ist, sowie von mindestens einem zweiten Rastelement, bei welchem es sich um eine federbeaufschlagte Rastkugel handelt. Nach der
DE 10 2007 027 979 A1 ist das oder jedes federbeaufschlagte, zweite Rastelement nicht in der Nockenwelle aufgenommen, sondern vielmehr in Tunnelabschnitten eines Tunnellagers der jeweiligen Nockenwelle.
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Bei den aus dem Stand der Technik bekannten Brennkraftmaschinen besteht der Nachteil, dass die axiale Verrastung bzw. Arretierung der axialen Relativposition des jeweiligen Schiebenockens auf der jeweiligen Nockenwelle und damit die Relativposition des jeweiligen Schiebenockens zu einem zu betätigenden Gaswechselventil eine hohe Toleranzempfindlichkeit aufweist. Diese Toleranzempfindlichkeit wird dann noch erhöht, wenn die jeweilige Nockenwelle mit dem oder jedem Schiebenocken sowie der Zylinderkopf der Brennkraftmaschine aus unterschiedlichen Werkstoffen gefertigt sind. So ist es bereits bekannt, die Nockenwelle mit dem oder jedem Schiebenocken aus Stahl und den Zylinderkopf aus Aluminium zu fertigen, die dann unterschiedliche Temperaturdehnungen aufweisen.
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Aufgabe der Erfindung ist es, eine Brennkraftmaschine gemäß dem Oberbegriff des Patentanspruchs 1 so zu verbessern, dass der oder jeder Schiebenocken mit geringerer Lagetoleranz relativ zu einem zu betätigenden Gaswechselventil rastierbar ist. Diese Aufgabe wird durch eine Brennkraftmaschine mit den Merkmalen des Patentanspruchs 1 gelöst. Erfindungsgemäß ist das erste Rastelement mit den mehreren Rastvertiefungen im Zylinderkopf oder im Zylinderkopfdeckel oder in einer Lagereinrichtung der jeweiligen Nockenwelle gelagert. Bei der hier vorliegenden Erfindung ist das erste Rastelement mit den mehreren Rastvertiefungen im Zylinderkopf oder im Zylinderkopfdeckel oder in einer Lagereinrichtung der jeweiligen Nockenwelle gelagert und demnach nicht mehr Bestandteil des Schiebenockens. Dadurch kann die Toleranzempfindlichkeit der Arretiervorrichtung zur Arretierung der axialen Relativposition des Schiebenockens relativ zu einem zu betätigenden Gaswechselventil reduziert werden.
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Vorzugsweise ist das jeweilige erste Rastelement zusammen mit dem oder jedem zweiten Rastelement im Zylinderkopf oder im Zylinderkopfdeckel oder in einer Lagereinrichtung der jeweiligen Nockenwelle gelagert. Dann, wenn nicht nur das erste Rastelement mit den mehreren Rastvertiefungen, sondern zusätzlich auch das oder jedes zweite, federbeaufschlagte Rastelement im Zylinderkopf oder im Zylinderkopfdeckel oder in einer Lagereinrichtung der jeweiligen Nockenwelle gelagert ist, kann die Lagetoleranz zwischen dem Schiebenocken und einem zu betätigenden Gaswechselventil weiter reduziert werden. In diesem Fall ist dann die Positionierung der Nockenbahnen des Schiebenockens nicht mehr von unterschiedlichen Temperaturdehnungen der unterschiedlichen Werkstoffe der Bauteile abhängig, sondern nur noch von Bauteiltoleranzen.
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Nach einer vorteilhaften Weiterbildung der Erfindung ist das erste Rastelement mit dem jeweiligen Schiebenocken über eine Nut-Feder-Verbindung derart gekoppelt, dass ein Vorsprung des Schiebenockens in eine Nut des ersten Rastelements oder ein Vorsprung des ersten Rastelements in eine Nut des Schiebenockens eingreift.
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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:
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1 einen schematischen Querschnitt durch ein Ausführungsbeispiel einer Brennkraftmaschine im Bereich eines Ventiltriebs;
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2 eine perspektivische Ansicht von Details der Brennkraftmaschine im Bereich des Ventiltriebs;
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3 eine Seitenansicht von Details der 2; und
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4 eine Alternative zum Detail der 3 in drei unterschiedlichen Zuständen I, II und
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In 1 zeigt einen ausschnittsweisen Querschnitt durch eine Brennkraftmaschine im Bereich eines Zylinderkopfs 1, der nach außen von einem im Ausführungsbeispiel gegenüber dem Zylinderkopf 1 getrennten Zylinderkopfdeckel 2 begrenzt ist. Der Zylinderkopf 1 setzt sich im Ausführungsbeispiel aus einem Zylinderkopfunterteil 3 und einem Nockenwellengehäuse 4 zusammen. Zylinderkopf 1 und Zylinderkopfdeckel 2 sind insbesondere aus einer Aluminiumlegierung gefertigt.
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Gemäß 1 ist im Nockenwellengehäuse 4 zur Steuerung von Einlassventilen 5 der Brennkraftmaschine eine insbesondere aus Stahl gefertigte Einlassnockenwelle 6 gelagert. Zur Steuerung von nicht gezeigten Auslassventilen der Brennkraftmaschine ist eine nicht gezeigte Auslassnockenwelle im Nockenwellengehäuse 4 gelagert.
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Pro Zylinder sind vorzugsweise zwei Einlassventile 5 und zwei nicht gezeigte Auslassventile vorgesehen, wobei die Einlassventile 5 von der Einlassnockenwelle 6 in bekannter Weise gesteuert betätigt werden. Die Auslassventile werden von der nicht gezeigten Auslassnockenwelle in bekannter Weise gesteuert betätigt. Hierzu weist die im Nockenwellengehäuse 4 gelagerte Einlassnockenwelle 6 bzw. die nicht gezeigte Auslassnockenwelle jeweils mehrere Schiebenocken 7 insbesondere aus Stahl auf. Bei den Einlassventilen und Auslassventilen handelt es sich um Gaswechselventil der Brennkraftmaschine.
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Zur Lagerung der in 1 sichtbaren Einlassnockenwelle 6 sind Radiallagereinrichtungen 8 vorgesehen, welche einen unteren Lagerringkörper 9 umfassen, der im gezeigten Ausführungsbeispiel einstückig mit dem Nockenwellengehäuse 4 ausgebildet ist. Weiterhin umfasst jede Radiallagereinrichtung 8 einen individuellen Lagerdeckel 10, der mit dem unteren Lagerringkörper 9 mit Hilfe von z. B. Schrauben am Nockenwellengehäuse 4 befestigt ist. Die Lagedeckel 10 können auch zu einer Lagerbrücke zusammengefasst sein. Gemäß 1 betätigt die Einlassnockenwelle 6 die Einlassventile 5 mit Hilfe von Rollenschlepphebeln 11 betätigt. Gemäß 3 ist der Schiebenocken 7 aus einem in der Mitte positionierten Kulissenabschnitt 12 und zwei äußeren Nockenabschnitten 13 gebildet. Jeder äußere Nockenabschnitt 13 umfasst drei Nockenbahnen 14, wobei mit jeder der Nockenbahnen 14 ein unterschiedlicher Ventilhub eingestellt wird. Der in 1 dargestellte Schiebenocken 7 umfasst demnach für jedes Ventil einen Nockenabschnitt 13 mit drei Nockenbahnen 14, der axial verschiebbar ist. Es können auch mehrere Kulissenabschnitte seitlich außen neben den Nockenabschnitten 13 vorhanden sein.
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Jedem Schiebenocken 7 ist ein nicht gezeigter Aktuator zugeordnet, der Stifte aufweist, die mit an einer Mantelfläche 25 des Kulissenabschnitts 12 ausgebildeten Nuten 15 des Schiebenockens 7 zusammenwirken. Dadurch erfolgt eine axiale Verschiebung des Schiebenockens 7 in einem Bereich zwischen zwei Nockenwellenlagern. Durch die axiale Verschiebung des Schiebenockens 7 wird das jeweilige Gaswechselventil gezielt mit einer bestimmten Nockenbahn 14 betätigt, so dass eine unterschiedliche Ventilhubeinstellung erfolgt. Das Zusammenwirken der Stifte des nicht gezeigten Aktuators mit den Nuten 15 des Kulissenabschnitts 12 ist dem hier angesprochenen Fachmann geläufig.
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Um insbesondere nach einer axialen Verschiebung des jeweiligen Schiebenockens 7 auf der jeweiligen Nockenwelle 6 die Relativposition des Schiebenockens 7 und damit einer bestimmten Nockenbahn 14 des oder jedes Nockenabschnitts 13 des Schiebenockens 12 relativ zu einem zu betätigenden Einlassventil 5 zu arretieren, ist eine Arretiervorrichtung 16 vorhanden, die mindestens ein erstes Rastelement 17 mit mehreren Rastvertiefungen 18 und ein einziges mit dem ersten Rastelement 17 zusammenwirkendes, federbeaufschlagtes zweites Rastelement 19 (siehe 3) oder mehrere mit dem ersten Rastelement 17 zusammenwirkende, federbeaufschlagte zweite Rastelemente 19a, 19b (siehe 4) aufweist.
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Das erste Rastelement 17 mit den mehreren Rastvertiefungen 18 ist als Arretierpin ausgeführt, das oder jedes zweite Rastelement 19 bzw. 19a, 19b ist als Rastkugel ausgeführt, die von einem Federelement 20 bzw. 20a, 20b beaufschlagt ist.
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Zur Arretierung der Relativposition des Schiebenockens 7 und damit einer bestimmten Nockenbahn 14 zu einem zu betätigenden Gaswechselventil 5 greift die in 3 gezeigte Rastkugel 19 in eine Rastvertiefung 18 des ersten Rastelements 17 ein.
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In der Variante der 4 mit zwei Rastkugeln 19a und 19b greift abhängig von der Relativposition eine der Rastkugel 19a und 19b in eine der Rastvertiefungen 18 des Arretierpins ein. Im Zustand I greift die Rastkugel 19b in die rechte Rastvertiefungen 18 des Arretierpins ein. Im Zustand II greift die Rastkugel 19a in die linke Rastvertiefungen 18 des Arretierpins ein. Im Zustand III greift die Rastkugel 19b in die linke Rastvertiefungen 18 des Arretierpins ein. Die jeweils nicht in eine Rastvertiefungen 18 eingreifende Rastkugel 19a bzw. 19b liegt an einer äußeren Mantelfläche des Arretierpins an. Der Arretierpin der 4 ist stabiler als der Arretierpin der 3.
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Im Sinne der Erfindung ist das erste Rastelement 17 mit den mehreren Rastvertiefungen 18 im Zylinderkopf 1 oder im Zylinderkopfdeckel 2 oder in einer Lagereinrichtung 8 der Nockenwelle 6 positioniert und gelagert, wobei vorzugsweise das erste Rastelement 17 mit den mehreren Rastvertiefungen 18 zusammen mit dem oder jedem zweiten Rastelement 19 bzw. 19a, 19b im Zylinderkopf 1 oder im Zylinderkopfdeckel 2 oder in einer Lagereinrichtung 8 der Nockenwelle 6 positioniert und gelagert ist.
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Die erfindungsgemäße Ausgestaltung verfügt über den Vorteil, dass zumindest das erste Rastelement 17 der Arretiervorrichtung 16, vorzugsweise das erste Rastelement 17 und das oder jedes zweite Rastelement 19 bzw. 19a, 19b der Arretiervorrichtung 16, ausschließlich der Temperaturdehnung des Zylinderkopfs 1 oder des Zylinderkopfdeckels 2 oder einer Lagereinrichtung 8 der Nockenwelle 6 unterliegen und nicht der Temperaturdehnung des Schiebenockens 7 und/oder der Nockenwelle 6. Damit ist die Arretierung der axialen Relativposition des Schiebenockens 7 und damit einer Nockenbahn 14 relativ zu einem zu betätigenden. Gaswechselventil 5 nicht mehr von unterschiedlichen Temperaturdehnungen der unterschiedlichen Werkstoffe von Zylinderkopf 1, Zylinderkopfdeckel 2, Lagereinrichtung 8 und Nockenwelle 6 bzw. Schiebenocken 7 abhängig, sondern lediglich von Bauteiltoleranzen. Hierdurch können Lagetoleranzen zwischen einer definierten Nockenbahn 14 und einem zu betätigenden Gaswechselventil 5 auf ein absolutes Minimum reduziert und so die Funktionssicherheit des Ventiltriebs der Brennkraftmaschine erhöht werden.
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Vorzugsweise ist das erste Rastelement 17 mit den mehreren Rastnuten 18 zusammen mit dem oder jedem zweiten, federbeaufschlagten Rastelement 19 bzw. 19a, 19b im Nockenwellengehäuse 4 gelagert. Gemäß 2 ist das erste Rastelement 17 zusammen mit dem oder jedem zweiten Rastelement 19 bzw. 19a, 19b im Lagerringkörper 9 einer Radiallagereinrichtung 8 der Nockenwelle 6 gelagert, wobei der Lagerringkörper 9 einstückig mit dem Nockenwellengehäuse 4 des Zylinderkopfs 1 ausgebildet ist.
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Im Unterschied hierzu ist es auch möglich, dass das erste Rastelement 17 zusammen mit dem oder jedem zweiten Rastelement 19 bzw. 19a, 19b der Arretiervorrichtung 16 im Lagerdeckel 10 der jeweiligen Radiallagereinrichtung 8 oder alternativ im Zylinderkopfunterteil 3 positioniert und gelagert ist.
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Das als Arretierpin ausgebildete, erste Rastelement 17 mit dem mehreren Rastvertiefungen 18 ist derart im Zylinderkopf 1 oder Zylinderkopfdeckel 2 oder der Lagereinrichtung 8 der Nockenwelle 6, nämlich im gezeigten Ausführungsbeispiel im Lagerringkörper 9 des Nockenwellengehäuses 4 des Zylinderkopfs 1, gelagert, dass dasselbe in Axialrichtung der jeweiligen Nockenwelle 6 relativ zur Nockenwelle 6 verlagerbar ist und zwar gekoppelt an die Axialverschiebung des Schiebenockens 7 auf der Nockenwelle 6.
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Hierzu ist gemäß 3, 4 das erste Rastelement 17 mit dem Schiebenocken 7 über eine Nut-Feder-Verbindung 21 derart gekoppelt, dass gemäß 3, 4 ein Vorsprung 22 des Schiebenockens 7 in eine Nut 23 des erste Arretierelements 18 eingreift, wobei gemäß 3, 4 der Vorsprung 22 des Schiebenockens 7 von einer Scheibe 24 gebildet ist, die an einem axialen Ende des Schiebenockens 7 ausgebildet ist. Die Nut 23, in welche der von der Scheibe 24 bereitgestellte Vorsprung 22 des Schiebenockens 7 eingreift, ist an einem axialen Ende des ersten Rastelements 17 der Arretiervorrichtung 16 ausgebildet.
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Dann, wenn der Schiebenocken 7 bedingt durch den nicht gezeigten Aktuator axial auf der Nockenwelle 6 verschoben wird, erfolgt über die Kopplung zwischen dem Schiebenocken 7 und dem ersten Rastelement 17, die im gezeigten Ausführungsbeispiel über die Nut-Feder-Verbindung 21 bereitgestellt wird, auch eine axiale Verlagerung des ersten Rastelements 17 realtiv zur Nockenwelle 6 und damit zu dem oder jedem im Zylinderkopf 1 oder Zylinderkopfdeckel 2 oder der Lagereinrichtung 8 der Nockenwelle 6 aufgenommenen, hinsichtlich seiner Axialposition unverlagerbaren zweiten Rastelement 19 bzw. 19a, 19b.
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Mit der Erfindung wird demnach ein Positionierungskonzept für einen Schiebenocken 7 relativ zu einem zu betätigenden Gaswechselventil einer Brennkraftmaschine vorgeschlagen, bei welchem die Baugruppen der Arretiervorrichtung 16, die der Arretierung der axialen Relativposition des jeweiligen Schiebenockens 7 zu dem jeweiligen Gaswechselventil dient, vorzugsweise vollständig im Zylinderkopf 1 oder Zylinderkopfdeckel 2 oder der Lagereinrichtung 8 der Nockenwelle 6 aufgenommen und gelagert sind. Damit unterliegen die Baugruppen der Arretiervorrichtung 19 dem Wärmegang des Zylinderkopfs 1 oder Zylinderkopfdeckels 2 oder der Lagereinrichtung 8 der Nockenwelle 6. Die Positionierung des Schiebenockens 7 relativ zu einem zu betätigenden Gaswechselventil 5 ist dabei nicht mehr von Temperaturdehnungen der Bauteile aus unterschiedlichen Werkstoffen abhängig, sondern lediglich von Bauteiltoleranzen. Hierdurch lässt sich die Lagetoleranz zwischen einer Nockenbahn 14 und einem zu betätigenden Gaswechselventil auf ein absolutes Minimum reduzieren und so die Funktionssicherheit der Umschaltung zwischen unterschiedlichen Ventilhüben verbessern.
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Bohrungen, die der Aufnahme des ersten Arretierelements 17 sowie des oder jedes zweiten Arretierelements 19 bzw. 19a, 19b und des oder jedes Federelements 20 bzw. 20a, 20b im Zylinderkopf 1 oder Zylinderkopfdeckel 2 oder der Lagereinrichtung 8 der Nockenwelle 6 dienen, lassen sich mit geringem Aufwand in der gleichen Aufspannung fertigen wie Ventilachsen bzw. Bohrungen zur Aufnahme der Gaswechselventile, sodass sich durch die Erfindung der Fertigungsaufwand nicht erhöht.
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Bezugszeichenliste
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- 1
- Zylinderkopf
- 2
- Zylinderkopfdeckel
- 3
- Zylinderkopfunterteil
- 4
- Nockenwellengehäuse
- 5
- Einlassventil
- 6
- Einlassnockenwelle
- 7
- Schiebenocken.
- 8
- Radiallagereinrichtungen
- 9
- Lagerringkörper
- 10
- Lagerdeckel
- 11
- Rollenschlepphebel
- 12
- Kulissenabschnitt
- 13
- Nockenabschnitt
- 14
- Nockenbahn
- 15
- Nut
- 16
- Arretiervorrichtung
- 17
- erstes Rastelement
- 18
- Rastvertiefung
- 19
- zweites Rastelement
- 19a
- zweites Rastelement
- 19b
- zweites Rastelement
- 20
- Federelement
- 20a
- Federelement
- 20b
- Federelement
- 21
- Nut-Feder-Verbindung
- 22
- Vorsprung
- 23
- Nut
- 24
- Scheibe
- 25
- Mantelfläche
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ZITATE ENTHALTEN IN DER BESCHREIBUNG
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Zitierte Patentliteratur
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- DE 19611641 C1 [0002, 0002]
- DE 102007027979 A1 [0003, 0003]
