DE102011052912B4

DE102011052912B4 - Brennkraftmaschine und Ventiltrieb mit Schiebenocken für eine Brennkraftmaschine

Info

Publication number: DE102011052912B4
Application number: DE102011052912.8A
Authority: DE
Inventors: Dietmar Schwarzenthal; Joachim Grünberger
Original assignee: Dr Ing HCF Porsche AG
Current assignee: Dr Ing HCF Porsche AG
Priority date: 2011-08-23
Filing date: 2011-08-23
Publication date: 2023-09-21
Anticipated expiration: 2031-08-24
Also published as: CN103016085B; CN103016085A; CA2781230A1; KR101378623B1; US20130047944A1; KR20130023100A; DE102011052912A1; US8701610B2; CA2781230C

Abstract

Brennkraftmaschine mit mehreren Zylindern, einem Zylinderkopf und einem gegenüber dem Zylinderkopf getrennten oder einstückig mit dem Zylinderkopf ausgebildeten Zylinderkopfdeckel, wobei zur Betätigung von Gaswechselventilen (2) mindestens eine drehbar gelagerte Nockenwelle (1) mit mindestens einem auf der jeweiligen Nockenwelle (1) axial verschiebbaren Schiebenocken (3) vorgesehen ist, wobei der jeweilige Schiebenocken (3) mindestens einen Kulissenabschnitt (4) mit mindestens einer an einer äußeren Mantelfläche des jeweiligen Kulissenabschnitts (4) ausgebildeten Nut (9a, 9b) aufweist, wobei zur Bewirkung einer axialen Verschiebung des jeweiligen Schiebenockens (3) ein Aktuator (7) vorgesehen ist, und wobei der jeweilige Schiebenocken (3) nach einer axialen Verschiebung auf der jeweiligen Nockenwelle (1) in seiner axialen Relativposition relativ zu einem zu betätigenden Gaswechselventil (2) durch eine Arretiervorrichtung (10), die ein erstes Rastelement (11) mit mehreren Rastvertiefungen (12) und mindestens ein mit dem ersten Rastelement (11) zusammenwirkendes zweites Rastelement (13) aufweist, rastierbar ist, mit einem Gleitstück (19), welches mit einem ersten Abschnitt (20) desselben mit der jeweiligen Nut (9a, 9b) des jeweiligen Kulissenabschnitts (4) in Eingriff steht, und welches an einem zweiten Abschnitt (21) zur axialen Verschiebung des Schiebenockens (3) mit dem Aktuator (7) in Eingriff bringbar ist, dadurch gekennzeichnet, dass radial außen auf dem jeweiligen Schiebenocken (3) eine zusammen mit dem jeweiligen Schiebenocken (3) axial verschiebbare Schiebemuffe (16) positioniert ist, welche das erste Rastelement (11) mit den mehreren Rastvertiefungen (12) bereitstellt, und dass das Gleitstück (19) axial verschiebbar in der Schiebemuffe (16) geführt ist, nämlich derart, dass bei axial feststehendem Schiebenocken (3) und axial feststehender Schiebemuffe (16) das durch den Aktuator (7) freigegebene Gleitstück (19) relativ zur Schiebemuffe (16) verlagerbar ist, wohingegen bei durch den Aktuator (7) axial festgesetztem Gleitstück (19) die Schiebemuffe (16) unter gleichzeitiger Axialverschiebung des Schiebenockens (3) relativ zum Gleitstück (19) verlagerbar ist.

Description

Die Erfindung betrifft eine Brennkraftmaschine nach dem Oberbegriff des Patentanspruchs 1. Des Weiteren betrifft die Erfindung einen Ventiltrieb für eine Brennkraftmaschine nach dem Oberbegriff des Patentanspruchs 8.
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 als Stift ausgebildetes Betätigungselement eines Aktuators zur Erzeugung einer axialen Verschiebung des Nockens eingreift. Durch die axiale Verschiebung des Nockens wird der jeweilige 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.
Die Stifte des Aktuators, die zur Bewirkung der axialen Verschiebung des Schiebenockens mit den Nuten des Kulissenabschnitts des Schiebenockens zusammenwirken, sind, wie dies aus der DE 10 2008 060 166 A1 bekannt ist, über als Rastkugeln ausgebildete Rastelemente in einem Gehäuse des Aktuators verrastet und damit festgelegt, wobei zum Lösen der Verrastung der Stifte der Aktuator, nämlich ein Elektromagnet desselben, bestromt wird, um die über die Rastelemente bewirkte Verrastung der Stifte im Gehäuse des Aktuators aufzuheben. Die durch Bestromung des Aktuators freigegebenen Stifte desselben können in radialer Richtung des Schiebenockens bzw. Kulissenabschnitts des Schiebenockens zum Eingriff in eine Nut des Kulissenabschnitts axial verlagert werden.
Bei den aus dem Stand der Technik bekannten mehrstufigen Ventiltrieben, deren Aktuatoren mehrere Stifte und derer Kulissenabschnitte des Schiebenockens mehrere Nuten aufweisen, besteht das Problem, dass bei der axialen Verstellung des Schiebenockens auf der Nockenwelle erhebliche Flächenpressungen zwischen Aktuator und Schiebenocken auftreten. Ferner sind bei solchen aus der Praxis bekannten Ventiltrieben zur Einhaltung von Systemtoleranzen relativ breite Schiebenocken erforderlich, wodurch ein hohes Gewicht des Schiebenockens verursacht wird und die oben genannten Flächenpressungen weiter zunehmen. Dies ist von Nachteil.
DE 10 2007 061 353 A1 offenbart eine Brennkraftmaschine nach dem Oberbegriff des Patentanspruchs 1 und einen Ventiltrieb für eine Brennkraftmaschine nach dem Oberbegriff des Patentanspruchs 8.
EP 1 936 131 A1 und DE 10 2010 013 216 A1 offenbaren weiteren Stand der Technik.
Aufgabe der Erfindung ist es, eine Brennkraftmaschine gemäß dem Oberbegriff des Patentanspruchs 1 sowie einen Ventiltrieb gemäß dem Oberbegriff des Patentanspruchs 8 zu verbessern.
Diese Aufgabe wird durch eine Brennkraftmaschine mit den Merkmalen des Patentanspruchs 1 und einen Ventiltrieb mit den Merkmalen des Patentanspruchs 8 gelöst.
Der Ventiltrieb umfasst das Gleitstück, welches mit dem ersten Abschnitt desselben mit der jeweiligen Nut des jeweiligen Kulissenabschnitts in Eingriff steht, und welches an dem zweiten Abschnitt zur axialen Verschiebung des Schiebenockens mit dem Aktuator in Eingriff bringbar ist. Radial außen auf dem jeweiligen Schiebenocken ist eine zusammen mit dem jeweiligen Schiebenocken axial verschiebbare Schiebemuffe positioniert, welche das erste Rastelement mit den mehreren Rastvertiefungen bereitstellt, wobei das Gleitstück axial verschiebbar in der Schiebemuffe geführt ist, nämlich derart, dass bei axial feststehendem Schiebenocken und axial feststehender Schiebemuffe das durch den Aktuator freigegebene Gleitstück relativ zur Schiebemuffe verlagerbar ist, wohingegen bei durch den Aktuator axial festgesetztem Gleitstück die Schiebemuffe unter gleichzeitiger Axialverschiebung des Schiebenockens relativ zum Gleitstück verlagerbar ist.
Es kann auf einen Aktuator mit mehreren Stiften verzichtet werden. Es ist möglich, einen mehrstufigen Ventiltrieb unter Verwendung eines Aktuators mit ausschließlich einem einzigen Stift bereit zu stellen. Hierdurch ergeben sich geringere Systemtoleranzen, weiterhin reduzierte Flächenpressungen zwischen Schiebenocken und Aktuator, nämlich zwischen Schiebenocken, Gleitstück und Aktuator. Demnach können mit dem erfindungsgemäßen Ventiltrieb die Nachteile der aus dem Stand der Technik bekannten Ventiltriebe vermieden werden.
Vorzugsweise weist der jeweilige Kulissenabschnitt mehrere am Umfang des Kulissenabschnitts hintereinander positionierten Nuten auf, 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, wobei der Aktuator zur Bewirkung der axialen Verschiebung des jeweiligen Schiebenockens in den beiden Richtungen um ein erstes Axialsegment formschlüssig mit einem ersten Bereich des zweiten Abschnitts des Gleitstücks und zur Bewirkung der axialen Verschiebung des jeweiligen Schiebenockens in den beiden Richtungen um ein zweites Axialsegment formschlüssig mit einem zweiten Bereich des zweiten Abschnitts des Gleitstücks in Eingriff steht. Diese Ausgestaltung eines Ventiltriebs bzw. einer Brennkraftmaschine mit einem Ventiltrieb erlaubt auf konstruktiv einfache Art und Weise unter Gewährleistung geringer Systemtoleranzen sowie reduzierter Flächenpressungen die Bereitstellung eines Ventiltriebs dessen Schiebenocken in zwei axialen Richtungen stufenweiseweise, insbesondere zwischen drei unterschiedlichen Positionen, verlagert werden kann.
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 einen schematischen Ausschnitt aus einem bevorzugten Ausführungsbeispiel eines erfindungsgemäßen Ventiltriebs einer Brennkraftmaschine in Seitenansicht;
2 den Ausschnitt gemäß 1 in einer Ansicht von oben;
3 den Ausschnitt gemäß 1 in einer gegenüber 1 um 90° gedrehten Seitenansicht;
4 den Ausschnitt gemäß 1 in einer perspektivischen Ansicht; und
5 ein schematisiertes Schaubild zur Verdeutlichung der Funktionsweise des Kulissenabschnitts des Schiebenockens und des mit dem Kulissenabschnitt zusammenwirkenden Aktuators.

1 zeigt einen Ausschnitt aus einer Brennkraftmaschine im Bereich einer Nockenwelle 1 eines Ventiltriebs der Brennkraftmaschine. Die in 1 gezeigte Nockenwelle 1 ist über Nockenwellenlager 17 in einem nicht gezeigten Zylinderkopf der Brennkraftmaschine gelagert, der vorzugsweise aus einem Zylinderkopfunterteil und einem Nockenwellengehäuse zusammengesetzt ist. Zylinderkopfunterteil und Nockenwellengehäuse können auch einstückig ausgebildet sein.
Die in 1 gezeigte Nockenwelle 1 ist als Einlassnockenwelle ausgeführt und dient der Steuerung von Einlassventilen 2 der Brennkraftmaschine mit Hilfe von Rollenschlepphebeln 18. Zur Steuerung von nicht gezeigten Auslassventilen der Brennkraftmaschine ist eine nicht gezeigte Auslassnockenwelle vorhanden. Bei den Einlassventilen und Auslassventilen handelt es sich um Gaswechselventile der Brennkraftmaschine.
Pro Zylinder sind vorzugsweise zwei Einlassventile 2 und zwei nicht gezeigte Auslassventile vorgesehen, wobei die Einlassventile 2 von der Einlassnockenwelle 1 in bekannter Weise gesteuert betätigt werden. Die Auslassventile werden von der nicht gezeigten Auslassnockenwelle in bekannter Weise gesteuert betätigt. Hierzu weist die Einlassnockenwelle 1 bzw. die nicht gezeigte Auslassnockenwelle jeweils mehrere Schiebenocken 3 auf.
Der Schiebenocken 3 ist aus einem in der Mitte positionierten Kulissenabschnitt 4 und zwei äußeren Nockenabschnitten 5 gebildet. Jeder äußere Nockenabschnitt 5 umfasst im gezeigten Ausführungsbeispiel drei Nockenbahnen 6, wobei mit jeder der Nockenbahnen 6 ein unterschiedlicher Ventilhub eingestellt wird. Der Schiebenocken 3 umfasst demnach für jedes Ventil einen Nockenabschnitt 5 mit drei Nockenbahnen 6, der axial verschiebbar ist.
Jedem Schiebenocken 3 ist ein Aktuator 7 zugeordnet, der einen einzigen Stift 8 aufweist, der über ein weiter unten im Detail beschriebenes Gleitstück 19 mit an einer Mantelfläche des Kulissenabschnitts 4 ausgebildeten Nuten 9a, 9b des Schiebenockens 3 zusammenwirkt. Dadurch erfolgt eine axiale Verschiebung des Schiebenockens 3 auf der Nockenwelle 1. Durch die axiale Verschiebung des Schiebenockens 3 wird das jeweilige Gaswechselventil gezielt mit einer bestimmten Nockenbahn 6 betätigt, so dass eine unterschiedliche Ventilhubeinstellung erfolgt.
Wie am besten 3, 5 entnommen werden kann, umfasst der Kulissenabschnitt 4 des axial verschiebbaren Schiebenockens 3 mehrere in Umfangsrichtung des Kulissenabschnitts 4 und damit am Umfang des Schiebenockens 3 hintereinander positionierte Nuten, nämlich eine erste Nut 9a für eine axiale Verschiebung des Schiebenockens 3 in einer ersten axialen Richtung und eine zweite Nut 9b für eine axiale Verschiebung des Schiebenockens 3 in einer entgegen gesetzten, zweiten axialen Richtung. Die in Umfangsrichtung des Kulissenabschnitts 4 hintereinander positionierten Nuten 9a und 9b sind dabei jeweils S-förmig konturiert, wobei diese Nuten 9a und 9b an einer äußeren Mantelfläche des Kulissenabschnitts 4 in Umfangsrichtung hintereinander am Kulissenabschnitt 4 ausgebildet sind und sich demnach über unterschiedliche Umfangsabschnitte des Schiebenockens 3 und damit Kulissenabschnitts 4 erstrecken. Die erste S-förmig konturierte Nut 9a bewirkt im Diagramm der 5 eine Verschiebung des Schiebenockens 3 und damit des in 5 gezeigten Nockenabschnitts 5 nach links im Sinne der Pfeile X, wohingegen die zweite S-förmig konturierte Nut 9b, die in Umfangsrichtung hinter der ersten Nut 9a positioniert ist, im Sinne der Pfeile Y eine Verschiebung des Schiebenockens 3 und damit des Nockenabschnitts 5 nach rechts im Sinne der Pfeile Y bewirkt. Beide S-förmig konturierten Nuten 9a und 9b definieren zusammen einen doppel-S-förmig konturierten Kulissenabschnitt 4.
Nach einer axialen Verschiebung des Schiebenockens 3 relativ zur Nockenwelle 1 ist die axiale Relativposition des Schiebenockens 3 auf der Nockenwelle 1 relativ zu einem zu betätigenden Gaswechselventil durch eine Arretiervorrichtung 10 arretierbar bzw. rastierbar, wobei die mit dem Schiebenocken 3 zusammenwirkende Arretiervorrichtung 10 ein erstes Rastelement 11 mit mehreren Rastvertiefungen 12 und ein mit dem ersten Rastelement 11 zusammenwirkendes, zweites Rastelement 13 aufweist, welches eine von einem Federelement 14 beaufschlagte Rastkugel 15 umfasst. Abhängig von der zu arretierenden Relativposition des Schiebenockens 3 auf der Nockenwelle 1 greift die Rastkugel 15 des zweiten Rastelements 13 in eine der Rastvertiefungen 12 des ersten Rastelements 11 ein. In 2 greift die Rastkugel 15 des zweiten Rastelements 13 in die mittlere Rastvertiefung 12 des ersten Rastelements 11 ein.
Radial außen auf dem Schiebenocken 3 ist eine Schiebemuffe 16 positioniert, die gegenüber dem Schiebenocken 3 axial unverschiebbar auf demselben aufgenommen ist, jedoch zusammen mit dem Schiebenocken 3 relativ zur Nockenwelle 1 axial verlagerbar ist. Diese Schiebemuffe 16 stellt das erste Rastelement 11 der Arretiervorrichtung 10 mit den mehreren Rastvertiefungen 12 bereit, nämlich gemäß 2 ein sich in Axialrichtung der Nockenwelle 1 erstreckender Abschnitt der Schiebemuffe 16.
Das mit dem von der Schiebemuffe 16 bereitgestellten, ersten Rastelement 11 zusammenwirkende, zweite Rastelement 13 der Arretiervorrichtung 10 ist zusammen mit dem Aktuator 7 im gezeigten Ausführungsbeispiel in einem im Detail nicht gezeigten Zylinderkopfdeckel der Brennkraftmaschine gelagert bzw. aufgenommen. Vom Zylinderkopfdeckel ist lediglich eine Abdeckung 28 gezeigt, die mit dem Zylinderkopfdeckel verschraubt werden kann und der Abdeckung einer Aufnahmeöffnung des Zylinderkopfdeckels für den Aktuator 7 und das zweite Rastelement 13 dient.
Im Unterschied hierzu ist es auch möglich, diese Elemente, also das zweiten Rastelement 13 der Arretiervorrichtung 10 sowie den Aktuator 7, im Zylinderkopf zu lagern. Dann, wenn der Zylinderkopf aus einem Zylinderkopfunterteil und einem zwischen dem Zylinderkopfdeckel und dem Zylinderkopfunterteil positionierten Nockenwellengehäuse gebildet ist, können das zweite Rastelement 13 und der Aktuator 7 zusammen im Nockenwellengehäuse aufgenommen bzw. gelagert sein.
Beim erfindungsgemäßen Ventiltrieb wirkt der Aktuator 7, nämlich der Stift 8 desselben, nicht unmittelbar mit den Nuten 9a, 9b des Kulissenabschnitts 4 des Schiebenockens 3 zusammen, sondern vielmehr mittelbar unter Zwischenanordnung des Gleitstücks 19. Das Gleitstück 19 steht mit einem ersten Abschnitt 20 vorzugsweise permanent in Eingriff mit einer der Nuten 9a, 9b des jeweiligen Kulissenabschnitts 4 des Schiebenockens 3. Ein dem ersten Abschnitt 20 gegenüberliegender, zweiter Abschnitt 21 des Gleitstücks 19 wirkt mit dem Stift 8 des Aktuators 7 zusammen. So steht bei betätigtem Aktuator 7 bzw. der durch Bestromung desselben freigegeben Stift 8 desselben in formschlüssigem Eingriff mit dem zweiten Abschnitt 21 des Gleitstücks 19, um die axiale Verschiebung des Schiebenockens 3 auf der Nockenwelle 1 zu bewirken.
Wie am besten 1 und 2 entnommen werden kann, sind am zweiten Abschnitt 21 des Gleitstücks 19, welcher mit dem Aktuator 7, nämlich dem Stift 8 desselben zusammenwirkt, in Axialrichtung gesehen zwei Bereiche 22 und 23 nebeneinander ausgebildet, die der formschlüssigen Aufnahme des Stifts 8 des Aktuators 7 dienen. So dient ein erster Bereich 22 des zweiten Abschnitts 21 des Gleitstücks 19 der axialen Verschiebung des jeweiligen Schiebenockens 3 in den beiden Richtungen X und Y (siehe 5) um ein erstes Axialsegment, um eine Hubverstellung zwischen zwei unmittelbar benachbarten Nockenbahnen 6 des jeweiligen Nockenabschnitts 5 zu bewirken. Ein axial benachbarter, zweiter Bereich 23 des zweiten Abschnitts 21 des Gleitstücks 19 dient der Bereitstellung der axialen Verschiebung des jeweiligen Schiebenockens 3 in den beiden Richtungen um ein zweites Axialsegment, um die Verstellung zwischen zwei anderen unmittelbar benachbarten Nockenbahnen 6 des Nockenabschnitts 5 zu gewährleisten.
Bei der entsprechenden axialen Verschiebung des jeweiligen Schiebenockens 3 um das jeweilige Axialsegment steht der Stift 8 des Aktuators 7 formschlüssig mit dem jeweiligen Bereich 22, 23 des zweiten Abschnitts 21 des Gleitstücks 19 in Eingriff.
5 kann entnommen werden, dass im ersten Axialsegment der axialen Verschiebung des Schiebenockens 3 eine relative Axialverschiebung des Schiebenockens 3 und damit in 5 gezeigten Nockenabschnitts 5 relativ zum Einlassventil 2 zwischen einer Nockenbahn 6, die einen relativ kleinen Hub am jeweiligen Einlassventil 2 bewirkt, und einer Nockenbahn 6, die einen mittleren Hub des jeweiligen Einlassventils 2 bewirkt, erfolgt.
In 5 erfolgt die Verschiebung des Schiebnockens 3 und damit des Nockenabschnitts 5 in diesem ersten Axialsegment zwischen den Zuständen A und B sowie zwischen den Zuständen G und H.
Im zweiten Axialsegment der axialen Verschiebung des Schiebenockens 3 erfolgt eine relative Axialverlagerung desselben und damit des Nockenabschnitts 5 relativ zum Einlassventil 2 zwischen der Nockenbahn 6, die den mittleren Hub des jeweiligen Einlassventils 2 bewirkt, und einer Nockenbahn 6, die einen relativ großen Hub des jeweiligen Einlassventils 2 bewirkt.
In 5 erfolgt diese Verlagerung des Schiebenockens 3 und damit des Nockenabschnitts 5 im zweiten Axialsegment zwischen den Zuständen C und D sowie den Zuständen E und F.
Die obigen Übergänge zwischen diesen Zuständen unterscheiden sich jeweils durch die Richtung der axialen Verlagerung des Schiebenockens 3 relativ zur Nockenwelle 1, nämlich derart, dass zwischen den Zuständen A und B und den Zuständen C und D eine Verlagerung des Nockenabschnitts 5 jeweils in der Richtung X nach links und zwischen den Zuständen E und F sowie den Zuständen G und H jeweils eine Verlagerung desselben in der Richtung Y nach rechts erfolgt.
Dann, wenn der Nockenabschnitt 5 gemäß 5 vom Zustand A, also von einem Zustand mit der aktiven Nockenbahn 6 für den kleinen Hub des Einlassventils 2, in den Zustand B, also in einen Zustand mit der aktiven Nockenbahn 6 für den mittleren Hub des Einlassventils 2, überführt werden soll, wenn also eine Axialverlagerung des Schiebenockens 3 in der ersten Richtung X im ersten Axialsegment erfolgen soll, ist der Stift 8 des Aktuators 7 formschlüssig mit dem ersten Bereich 22 des zweiten Abschnitts 21 des Gleitstücks 19 in Eingriff gebracht, wobei durch Verdrehen der Nockenwelle 1 und damit des Schiebnockens 3 in der 5 gezeigten Drehrichtung Z relativ zum feststehenden Aktuator 7 und feststehenden Stift 8 desselben der Schiebenocken 3 in der ersten Axialrichtung X im ersten Axialsegment verlagert wird. Dabei ist die erste Nut 9a des Kulissenabschnitts 4 wirksam, wozu der erste Abschnitt 20 des Gleitstücks 19 mit der ersten Nut 9a des Kulissenabschnitts 4 zusammenwirkt.
Soll der Schiebenocken 3 und damit der Nockenabschnitt 5 in dieser ersten, axialen Richtung X weiter axial verlagert werden, also vom Zustand C in den Zustand D überführt und damit in dem zweiten Axialsegment verschoben werden, so ist der Stift 8 des Aktuators 7 in den zweiten Bereich 23 des zweiten Abschnitts 21 des Gleitstücks 19 formschlüssig eingeführt, wobei durch Verdrehen der Nockenwelle 1 und damit des Schiebenockens 3 wiederum in der Drehrichtung Z relativ zum feststehenden Aktuator 7 der Schiebenocken 3 weiter in der ersten axialen Richtung X im zweiten Axialsegment verlagert wird. Bei dieser axialen Verlagerung des Schiebenockens 3 in der ersten, axialen Richtung X ist wiederum die erste Nut 9a des Kulissenabschnitts 4 wirksam, bei dieser axialen Verlagerung greift demnach der erste Abschnitt 20 des Gleitstücks 19 in die erste Nut 9a des Kulissenabschnitts 4 ein.
Zur Verlagerung des Schiebenockens 3 in der entgegengesetzten, zweiten axialen Richtung Y dient die zweite Nut 9b des Kulissenabschnitts 4, wobei zur axialen Verschiebung des Schiebenockens 3 in der zweiten Richtung Y im zweiten Axialsegment, also zur Überführung des Nockenabschnitts 5 vom Zustand E in den Zustand F, der Stift 8 wiederum mit dem zweiten Bereich 23 des zweiten Abschnitts 21 des Gleitstücks 19 formschlüssig in Eingriff steht, und wobei zur axialen Verlagerung des Schiebenockens 3 in der zweiten Richtung Y im ersten Axialsegment, also zur Überführung des Nockenabschnitts 5 vom Zustand G in den Zustand H, der Stift 8 des Aktuators 7 mit dem ersten Bereich 22 des zweiten Abschnitts 21 des Gleitstücks 19 formschlüssig in Eingriff steht.
Wie bereits erwähnt, ist in beiden axialen Segmenten bei der Verlagerung in der Richtung Y die zweite Nut 9b des Kulissenabschnitts 4 wirksam, sodass in diesem Fall der erste Abschnitt 20 des Gleitstücks 19 in diese zweite Nut 9b eingreift.
Wie bereits ausgeführt, sind die Nuten 9a und 9b, die jeweils S-förmig konturiert sind, in Umfangsrichtung des Kulissenabschnitts 4 hintereinander positioniert, sodass sich dieselben demnach über unterschiedliche Umfangsabschnitte des Kulissenabschnitts 4 und damit des Schiebenockens 3 erstrecken. Beide Nuten 9a und 9b (siehe insbesondere 3 und 5) erstrecken sich jeweils über einen Umfangsabschnitt von jeweils in etwa 180° des Kulissenabschnitts 4.
Aus den obigen Zusammenhängen folgt demnach, dass abhängig von der gewünschten Richtung X oder Y der axialen Verschiebung des Schiebenockens 3 auf der Nockenwelle 1 entweder die erste Nut 9a oder die zweite Nut 9b des Kulissenabschnitts 4 wirksam ist. Zur Verschiebung des Schiebenockens 3 in der axialen Richtung X ist die Nut 9a wirksam, wohingegen zur Verschiebung des Schiebenockens 3 in der Richtung Y die zweite Nut 9b wirksam ist. Abhängig vom gewünschten Axialsegment der axialen Verschiebung des Schiebenockens 3 auf der Nockenwelle 1 greift der Stift 8 des Aktuators 7 in einen der Bereiche 22, 23 des Gleitstücks 19, welches mit dem ersten Abschnitt 20 mit der jeweiligen Nut 9a bzw. 9b in Eingriff steht, formschlüssig ein. Für die axiale Verschiebung des Schiebenockens 3 im ersten Axialsegment, also zur Überführung zwischen einer Nockenbahn 6 für einen kleinen Ventilhub und einer Nockenbahn 6 für einen mittleren Ventilhub, steht der Stift 8 mit dem ersten Bereich 22 des zweiten Abschnitts 21 des Gleitstücks 19 formschlüssig in Eingriff. Zur Axialverschiebung im zweiten Axialsegment hingegen, also zur Überführung des Nockenabschnitts 5 zwischen einer Nockenbahn 6 mit dem mittleren Ventilhub und einer Nockenbahn 6 mit einem großen Ventilhub, steht der Stift 8 des Aktuators 7 mit dem zweiten Bereich 23 des zweiten Abschnitts 21 des Gleitstücks 19 formschlüssig in Eingriff.
Wie am besten 2 entnommen werden kann, ist das Gleitstück 19 in einem Langloch 24 der Schiebemuffe 16, die das erste Rastelement 11 mit den Rastvertiefungen 12 bereitstellt, axial verschiebbar geführt. Dann, wenn der Aktuator 7, nämlich der Stift 8 desselben, in einen der Bereiche 22, 23 des zweiten Abschnitts 21 des Gleitstücks 19 eingreift, ist das Gleitstück 19 durch den Aktuator 7 in seiner Axialposition fixiert, wobei hierbei dann durch Drehung der Nockenwelle 1 eine axiale Verschiebung des Schiebenockens 3 auf der Nockenwelle 1 zusammen mit der Schiebemuffe 16 erfolgt. Bei axial feststehendem Gleitstück 19 ist demnach die Schiebemuffe 16 unter gleichzeitiger Axialverschiebung des Schiebenockens 3 relativ zum Gleitstück 19 axial verlagerbar. Dann, wenn der Aktuator 7, nämlich der Stift 8 desselben, nicht formschlüssig in einen der Bereiche 22, 23 des zweiten Abschnitts 21 des Gleitstücks 19 eingreift, ist sowohl der Schiebenocken 3 als auch die Schiebemuffe 16 axial fixiert, wobei dann das Gleitstück 19, welches mit dem ersten Abschnitt 20 in eine der Nuten 9a bzw. 9b des Kulissenabschnitts 4 eingreift, relativ zur Schiebemuffe 16 verlagerbar ist.
Die Abmessungen des Langlochs 24 in Axialrichtung beschränken die axiale Relativverschiebung zwischen dem Gleitstück 19 und der Schiebemuffe 16 sowohl dann, wenn der Stift 8 des Aktuators 7 in das Gleitstück 19 eingreift, als auch dann, wenn der Stift 8 des Aktuators 7 in das Gleitstück 19 nicht eingreift.
Um nach einer erfolgten Axialverschiebung des Schiebenockens 3 den Stift 8 des Aktuators 7 wieder aus dem entsprechenden Bereich 22, 23 des zweiten Abschnitts 21 des Gleitstücks 19 heraus nach axial außen zu verlagern, wirkt mit dem Gleitstück 19 ein durch ein Federelement 25 beaufschlagter Rückführstift 26 zusammen. Dann, wenn der Stift 8 in einen der Bereiche 22, 23 des zweiten Abschnitts 21 des Gleitstücks 19 formschlüssig eingreift, drückt der Stift 8 des Aktuators 7 den Rückführstift 26 entgegen der vom Federelement 25 bereitgestellten Federkraft nach radial innen. Bei Drehung der Nockenwelle 1 kommt dann der Rückführstift 26 einem rampenartigen Rückführelement 27 der jeweiligen Nut 9a bzw. 9b des Kulissenabschnitts 4 zur Anlage, wodurch dann der Rückführstift 26 nach radial außen verlagert wird, um so auch den Stift 8 des Aktuators 7 nach radial außen in seine Verrastungsposition im Aktuator 7 zu verlagern. Dann, wenn ein Aktuator 7 bestromt wird, wird der Stift 8 desselben frei gegeben, sodass derselbe in einen der Bereiche 22, 23 des zweiten Abschnitts 21 des Gleitstücks 19 formschlüssig eingreifen kann. Über die rampenartigen Rückführelemente 27, die mit dem Rückführstift 26 zusammenwirken, kann bewirkt werden, dass anschließend der Stift 8 des Aktuators 7 wieder ordnungsgemäß im Aktuator 7 verrastet werden kann. Die rampenartigen Rückführelemente 27 sind dabei im Bereich jeder Nut 9a, 9b des Kulissenabschnitts 4 ausgeführt. Dieselben erstrecken sich ausgehend vom jeweiligen Nutgrund der jeweiligen Nut 9a bzw. 9b nach radial außen.
Bezugszeichenliste

1: Nockenwelle
2: Einlassventil
3: Schiebenocken
4: Kulissenabschnitt
5: Nockenabschnitte
6: Nockenbahn
7: Aktuator
8: Stift
9a: Nut
9b: Nut
10: Arretiervorrichtung
11: erstes Rastelement
12: Rastvertiefung
13: zweites Rastelement
14: Federelement
15: Rastkugel
16: Schiebemuffe
17: Nockenwellenlager
18: Rollenschlepphebel
19: Gleitstück
20: erster Abschnitt
21: zweiter Abschnitt
22: erster Bereich
23: zweiter Bereich
24: Langloch
25: Federelement
26: Rückführstift
27: Rückführelement
28: Abdeckung

Claims

Brennkraftmaschine mit mehreren Zylindern, einem Zylinderkopf und einem gegenüber dem Zylinderkopf getrennten oder einstückig mit dem Zylinderkopf ausgebildeten Zylinderkopfdeckel, wobei zur Betätigung von Gaswechselventilen (2) mindestens eine drehbar gelagerte Nockenwelle (1) mit mindestens einem auf der jeweiligen Nockenwelle (1) axial verschiebbaren Schiebenocken (3) vorgesehen ist, wobei der jeweilige Schiebenocken (3) mindestens einen Kulissenabschnitt (4) mit mindestens einer an einer äußeren Mantelfläche des jeweiligen Kulissenabschnitts (4) ausgebildeten Nut (9a, 9b) aufweist, wobei zur Bewirkung einer axialen Verschiebung des jeweiligen Schiebenockens (3) ein Aktuator (7) vorgesehen ist, und wobei der jeweilige Schiebenocken (3) nach einer axialen Verschiebung auf der jeweiligen Nockenwelle (1) in seiner axialen Relativposition relativ zu einem zu betätigenden Gaswechselventil (2) durch eine Arretiervorrichtung (10), die ein erstes Rastelement (11) mit mehreren Rastvertiefungen (12) und mindestens ein mit dem ersten Rastelement (11) zusammenwirkendes zweites Rastelement (13) aufweist, rastierbar ist, mit einem Gleitstück (19), welches mit einem ersten Abschnitt (20) desselben mit der jeweiligen Nut (9a, 9b) des jeweiligen Kulissenabschnitts (4) in Eingriff steht, und welches an einem zweiten Abschnitt (21) zur axialen Verschiebung des Schiebenockens (3) mit dem Aktuator (7) in Eingriff bringbar ist, dadurch gekennzeichnet, dass radial außen auf dem jeweiligen Schiebenocken (3) eine zusammen mit dem jeweiligen Schiebenocken (3) axial verschiebbare Schiebemuffe (16) positioniert ist, welche das erste Rastelement (11) mit den mehreren Rastvertiefungen (12) bereitstellt, und dass das Gleitstück (19) axial verschiebbar in der Schiebemuffe (16) geführt ist, nämlich derart, dass bei axial feststehendem Schiebenocken (3) und axial feststehender Schiebemuffe (16) das durch den Aktuator (7) freigegebene Gleitstück (19) relativ zur Schiebemuffe (16) verlagerbar ist, wohingegen bei durch den Aktuator (7) axial festgesetztem Gleitstück (19) die Schiebemuffe (16) unter gleichzeitiger Axialverschiebung des Schiebenockens (3) relativ zum Gleitstück (19) verlagerbar ist.
Brennkraftmaschine nach Anspruch 1, dadurch gekennzeichnet, dass der jeweilige Kulissenabschnitt (4) mehrere am Umfang des Kulissenabschnitts (4) hintereinander positionierten Nuten (9a, 9b) aufweist, nämlich eine erste Nut (9a) für eine axiale Verschiebung des Schiebenockens (3) in einer ersten Richtung und eine zweite Nut (9b) für eine axiale Verschiebung des Schiebenockens (3) in einer entgegen gesetzten zweiten Richtung, und dass der Aktuator (7) zur Bewirkung der axialen Verschiebung des jeweiligen Schiebenockens (3) in den beiden Richtungen um ein erstes Axialsegment formschlüssig mit einem ersten Bereich (22) des zweiten Abschnitts (21) des Gleitstücks (19) und zur Bewirkung der axialen Verschiebung des jeweiligen Schiebenockens (3) in den beiden Richtungen um ein zweites Axialsegment formschlüssig mit einem zweiten Bereich (23) des zweiten Abschnitts (21) des Gleitstücks (19) in Eingriff steht.
Brennkraftmaschine nach Anspruch 1 oder 2, dadurch gekennzeichnet, dass das Gleitstück (19) in einem Langloch (24) der Schiebemuffe (16) axial verschiebbar geführt ist.
Brennkraftmaschine nach Anspruch 3, dadurch gekennzeichnet, dass das Langloch (24) die axiale Relativverschiebung zwischen Gleitstück (19) und Schiebemuffe (16) beschränkt.
Brennkraftmaschine nach einem der Ansprüche 1 bis 4, dadurch gekennzeichnet, dass das oder jedes mit dem ersten Rastelement (11) zusammenwirkende zweite Rastelement (13) zusammen mit dem jeweiligen Aktuator (7) in dem Zylinderkopf oder in dem Zylinderkopfdeckel gelagert ist.
Brennkraftmaschine nach einem der Ansprüche 1 bis 5, dadurch gekennzeichnet, dass der Zylinderkopf aus einem Zylinderkopfunterteil und einem zwischen dem Zylinderkopfdeckel und dem Zylinderkopfunterteil positionierten Nockenwellengehäuse gebildet ist, und dass das oder jedes mit dem ersten Rastelement (11) zusammenwirkende zweite Rastelement (13) zusammen mit dem jeweiligen Aktuator (7) entweder im Nockenwellengehäuse oder alternativ im Zylinderkopfdeckel gelagert ist.
Brennkraftmaschine nach einem der Ansprüche 1 bis 6, dadurch gekennzeichnet, dass der Kulissenabschnitt (4) des jeweiligen Schiebenockens (3) in der Mitte zwischen zwei axial äußeren Nockenabschnitten (5), die jeweils mehrere Nockenbahnen (6) zur Einstellung unterschiedlicher Ventilhübe aufweisen, positioniert ist.
Ventiltrieb für eine Brennkraftmaschine, der zur Betätigung von Gaswechselventilen (2) der Brennkraftmaschine mindestens eine drehbar gelagerte Nockenwelle (1) mit mindestens einem auf der jeweiligen Nockenwelle (1) axial verschiebbaren Schiebenocken (3) aufweist, wobei der jeweilige Schiebenocken (3) mindestens einen Kulissenabschnitt (4) mit mindestens einer an einer äußeren Mantelfläche des jeweiligen Kulissenabschnitts (4) ausgebildeten Nut (9a, 9b) aufweist, wobei zur Bewirkung einer axialen Verschiebung des jeweiligen Schiebenockens (3) ein Aktuator (7) vorgesehen ist, und wobei der jeweilige Schiebenocken (3) nach einer axialen Verschiebung auf der jeweiligen Nockenwelle (1) in seiner axialen Relativposition relativ zu einem zu betätigenden Gaswechselventil (2) durch eine Arretiervorrichtung (10), die ein erstes Rastelement (11) mit mehreren Rastvertiefungen (12) und mindestens ein mit dem ersten Rastelement (11) zusammenwirkendes zweites Rastelement (13) aufweist, rastierbar ist, mit einem Gleitstück (19), welches mit einem ersten Abschnitt (20) desselben mit der jeweiligen Nut (9a, 9b) des jeweiligen Kulissenabschnitts (4) in Eingriff steht, und welches an einem zweiten Abschnitt (21) zur axialen Verschiebung des Schiebenockens (3) mit dem Aktuator (7) in Eingriff bringbar ist, dadurch gekennzeichnet, dass radial außen auf dem jeweiligen Schiebenocken (3) eine zusammen mit dem jeweiligen Schiebenocken (3) axial verschiebbare Schiebemuffe (16) positioniert ist, welche das erste Rastelement (11) mit den mehreren Rastvertiefungen (12) bereitstellt, und dass das Gleitstück (19) axial verschiebbar in der Schiebemuffe (16) geführt ist, nämlich derart, dass bei axial feststehendem Schiebenocken (3) und axial feststehender Schiebemuffe (16) das durch den Aktuator (7) freigegebene Gleitstück (19) relativ zur Schiebemuffe (16) verlagerbar ist, wohingegen bei durch den Aktuator (17) axial festgesetztem Gleitstück (19) die Schiebemuffe (16) unter gleichzeitiger Axialverschiebung des Schiebenockens (3) relativ zum Gleitstück (19) verlagerbar ist.
Ventiltrieb nach Anspruch 8, gekennzeichnet durch Merkmale nach einem oder mehreren der Ansprüche 2 bis 7.