DE102011076726A1

DE102011076726A1 - Ventiltrieb eines Verbrennungskolbenmotors

Info

Publication number: DE102011076726A1
Application number: DE201110076726
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: 2011-05-30
Filing date: 2011-05-30
Publication date: 2012-12-06

Abstract

Die Erfindung betrifft einen Ventiltrieb eines Verbrennungskolbenmotors, mit einer Nockenwelle (1, 51), die eine Trägerwelle (2, 52) sowie eine darauf drehfest und zwischen zwei Positionen axial verschiebbar angeordnete Trägernabe (3, 53) aufweist, die zumindest einen Nockenkörper (4, 54) mit zwei axial benachbarten Nocken (12, 13; 60, 61), deren Nockenbahnen (14, 15; 62, 63) unterschiedliche Nockenerhebungen und identische Grundkreisdurchmesser aufweisen, und einen zylindrischen Steuerkörper (5, 55) mit mindestens einer zumindest abschnittsweise schraubenförmigen Steuernut (17, 18, 65) aufweist, in die zur axialen Verstellung der Trägernabe (3, 53) ein gehäuseseitig gelagerter Steuerstift (24, 25, 72) einer Betätigungsvorrichtung (6, 56) in Eingriff bringbar ist. Zur Realisierung eines Ventiltriebs mit einer robusten und kostengünstig herstellbaren, rein mechanisch wirksamen Umschaltung zwischen den beiden Nocken (12, 13; 60, 61) des Nockenkörpers (4, 54) ist erfindungsgemäß vorgesehen, dass die Betätigungsvorrichtung (6, 56) einen Kipphebel (7, 57) aufweist, der mit axialer Ausrichtung radial benachbart zu dem Steuerkörper (5, 55) angeordnet und um eine tangentiale Achse (23) schwenkbar gelagert ist, der zumindest an einem Ende einen weitgehend radial nach innen ausgerichteten Steuerstift (24, 25, 72) aufweist, und der durch ein Betätigungselement (8) form- und/oder kraftschlüssig in eine erste Position schwenkbar und dort haltbar ist, in welcher der Steuerstift (24, 25, 72) in Eingriff mit der zugeordneten Steuernut (17, 18, 65) steht, und in eine zweite Position schwenkbar und dort haltbar ist, in der sich der Steuerstift (24, 25, 72) außer Eingriff mit der zugeordneten Steuernut (17, 18, 65) befindet.

Description

Gebiet der Erfindung
Die Erfindung betrifft einen Ventiltrieb eines Verbrennungskolbenmotors, mit einer Nockenwelle, die eine Trägerwelle sowie eine darauf drehfest und zwischen zwei Positionen axial verschiebbar angeordnete Trägernabe umfasst, die zumindest einen Nockenkörper mit zwei axial benachbarten Nocken, deren Nockenbahnen unterschiedliche Nockenerhebungen und identische Grundkreisdurchmesser aufweisen, und einen zylindrischen Steuerkörper mit mindestens einer zumindest abschnittsweise schraubenförmigen Steuernut aufweist, in die zur axialen Verstellung der Trägernabe ein gehäuseseitig gelagerter Steuerstift einer Betätigungsvorrichtung in Eingriff bringbar ist.
Die Erfindung betrifft außerdem einen Ventiltrieb eines Verbrennungskolbenmotors, mit einer Nockenwelle, die eine zwischen zwei Positionen axial verschiebbare Trägerwelle umfasst, auf der zumindest ein Nockenkörper mit zwei axial benachbarten Nocken, deren Nockenbahnen unterschiedliche Nockenerhebungen und identische Grundkreisdurchmesser aufweisen, und ein zylindrischer Steuerkörper mit mindestens einer zumindest abschnittsweise schraubenförmigen Steuernut, in die zur axialen Verstellung der Trägerwelle ein gehäuseseitig gelagerter Steuerstift einer Betätigungsvorrichtung in Eingriff bringbar ist, starr befestigt sind.
Hintergrund der Erfindung
Um bei einem Verbrennungskolbenmotor den Kraftstoffverbrauch zu verringern und das abgebbare Drehmoment zu erhöhen ist es allgemein bekannt, die Öffnungszeiten und die Öffnungshübe der Gaswechselventile, insbesondere der Einlassventile, der aktuellen Motorlast und der aktuellen Motordrehzahl anzupassen. Eine praktikable Möglichkeit hierzu besteht in der last- und drehzahlabhängigen Umschaltung zwischen mindestens zwei Nocken pro Gaswechselventil, wobei die Nockenbahnen der betreffenden Nocken unterschiedliche, d.h. in ihrer Höhe und/oder ihrer umfangsseitigen Ausrichtung voneinander abweichende Nockenerhebungen aufweisen.
Bekanntlich sind bei niedriger Motordrehzahl und Teillastbetrieb ein relativ niedriger Ventilhub insbesondere der Einlassventile und eine geringe Ventilüberschneidung zwischen den Einlass- und Auslassventilen günstig, wogegen bei hoher Motordrehzahl und Volllastbetrieb ein höherer Ventilhub und eine erhöhte Ventilüberschneidung vorteilhaft sind.
Eine relativ einfach zu realisierende Möglichkeit zur Umschaltung zwischen mindestens zwei Nocken eines Gaswechselventils besteht in der Axialverschiebung eines Nockenkörpers, auf dem die betreffenden Nocken axial benachbart und mit gleichem Grundkreisdurchmesser angeordnet sind. Hierbei erfolgt die Axialverschiebung des Nockenkörpers und somit der Übergang von dem einen zu dem anderen Nocken in einem Drehwinkelbereich der Nockenwelle, in dem sich die beiden Nocken mit ihren umfangsseitig überlappenden Grundkreisbereichen in Kontakt mit bzw. axial benachbart zu dem Nockenfolger, wie Stößel, Kipphebel, oder Schlepphebel, des zugeordneten Gaswechselventils befinden. Der Nockenkörper kann hierzu drehfest und axial verschiebbar auf einer Trägerwelle angeordnet sein, oder drehfest und axial unverschiebbar auf der Trägerwelle befestigt und zusammen mit dieser axial verschiebbar sein.
Aus der DE 196 11 641 C1 ist ein derartiger Ventiltrieb bekannt, bei dem eine Trägernabe mit einem mittig angeordneten Nockenkörper und zwei jeweils endseitig angeordneten zylindrischen Steuerkörpern drehfest und axial verschiebbar auf einer Trägerwelle angeordnet ist. Der Nockenkörper weist drei axial benachbarte Nocken auf, deren Nockenbahnen unterschiedliche Nockenerhebungen und identische Grundkreisdurchmesser aufweisen. Die Steuerkörper weisen jeweils eine abschnittsweise schraubenförmige Steuernut mit entgegengesetzter Steigung auf, die in Verbindung mit gehäuseseitig radial gelagerten und mit jeweils einer der Steuernuten in Eingriff bringbaren Steuerstiften die axiale Verschiebung der Trägernabe und damit des Nockenkörpers um den Abstand von zwei Nocken in jeweils eine Richtung ermöglichen. Aufgrund der drei Nocken des Nockenkörpers sind demnach insgesamt vier Steuerstifte erforderlich. Die Steuerstifte können über jeweils einen Elektromagneten oder über einen von einem Magnetventil ansteuerbaren hydraulischen oder pneumatischen Stellzylinder betätigt werden.
In der DE 101 48 179 A1 und der DE 10 2004 021 375 A1 ist jeweils ein derartiger Ventiltrieb beschrieben, bei dem die Trägernabe mittig in einem Nockenwellenlager gelagert ist und beidseitig jeweils einen Nockenkörper und endseitig jeweils ein zylindrischer Steuerkörper aufweist. Die Nockenkörper sind jeweils mit zwei axial benachbarten Nocken versehen, deren Nockenbahnen unterschiedliche Nockenerhebungen und identische Grundkreisdurchmesser aufweisen, und die identisch aufgebaut sind, da sie gleichartigen Gaswechselventilen, z.B. Einlassventilen, desselben Zylinders zugeordnet sind. Aufgrund der nur zwei Nocken umfassenden Nockenkörper sind auch nur zwei Steuerstifte vorgesehen, die zur axialen Verschiebung der Trägernabe und damit der beiden Nockenkörper in die eine oder andere Richtung mit der zugeordneten Steuernut des jeweiligen Steuerkörpers in Eingriff bringbar sind.
Da bei den bisherigen Ventiltrieben die axial parallel angeordneten Steuernuten einen ungünstig großen axialen Bauraum einnehmen, wird in der DE 20 2009 015 465 U1 vorgeschlagen, die Steuernuten umfangsseitig hintereinander anzuordnen. Neben dem eingesparten Bauraum sind hierdurch für die Verstellung des Nockenkörpers in beide Axialrichtungen bei mindestens einem Nockenkörper mit zwei benachbarten Nocken nur noch ein Steuerstift und bei einem Nockenkörper mit drei benachbarten Nocken nur noch zwei Steuerstifte erforderlich. Da die schraubenförmigen Abschnitte der beiden Steuernuten innerhalb des Winkelbereiches liegen müssen, in dem sich die Grundkreisbereiche der betreffenden Nocken überlappen, erfolgt die Axialverschiebung der Trägernabe und der betreffenden Nockenkörper jeweils über einen relativ kleinen Winkelbereich mit entsprechend hoher Axialbeschleunigung.
Wie aus der US 5 129 407 A hervorgeht, ist es zur Umschaltung zwischen mehreren auf einem Nockenkörper axial benachbart angeordneten funktionsgleichen Nocken mit unterschiedlichen Nockenbahnen auch möglich, dass der Nockenkörper starr, also drehfest und axial unverschiebbar auf einer Trägerwelle befestigt und zusammen mit dieser axial verschiebbar ist. Den dortigen 1 bis 3, in denen die Nockenwelle eines Reihenvierzylindermotors mit umfangsseitig versetzt angeordneten Nocken in verschiedenen Axialpositionen abgebildet ist, kann jedoch auch entnommen werden, dass eine derartige Nockenumschaltung nur bei einem Einzylindermotor möglich ist, da sonst die umfangsseitig versetzt angeordneten Nockenerhebungen der Nockenbahnen eine Axialverschiebung der Trägerwelle formschlüssig verhindern.
Den vorgenannten Ventiltrieben ist gemeinsam, dass deren jeweilige Betätigungsvorrichtung zur Umschaltung zwischen mindestens zwei axial benachbarten Nocken eines Gaswechselventils mindestens einen Steuerstift umfasst, der über einen Elektromagneten oder über einen von einem zugeordneten Magnetventil ansteuerbaren hydraulischen oder pneumatischen Stellzylinder betätigbar ist. Demzufolge ist ein elektronisches Steuergerät erforderlich, in dem zur Ermittlung der aktuellen Motordrehzahl und des aktuellen Lastzustands des Verbrennungskolbenmotors Sensordaten ausgewertet werden, und von dem zur Auslösung einer Umschaltung auf einen anderen Nocken der Elektromagnet oder das Magnetventil des betreffenden Steuerstiftes angesteuert werden. Eine derartige Betätigungsvorrichtung ist aber relativ aufwendig und teuer. Hinzu kommt, dass elektronische Steuerungen und elektrische Bauteile unter extremen Einsatzbedingungen, wie bei extremer Kälte, bei extremer Hitze, bei hoher Luftfeuchtigkeit und bei starken Erschütterungen, die z.B. im Offroad-Einsatz oder beim Befahren unbefestigter Straßen auftreten, störungsanfällig sind.
Aufgabe der Erfindung
Der Erfindung liegt daher die Aufgabe zugrunde, einen Ventiltrieb der eingangs genannten Bauarten vorzuschlagen, dessen Betätigungsvorrichtung in Verbindung mit einem einfachen und kostengünstigen Aufbau rein mechanisch wirksam ist und besonders robust aufgebaut ist.
Zusammenfassung der Erfindung
Der Erfindung liegt die Erkenntnis zugrunde, dass eine einfach und kostengünstig aufgebaute, rein mechanisch wirksame Betätigungsvorrichtung mittels eines Kipphebels realisiert werden kann, der mit axialer Ausrichtung radial benachbart zu dem Steuerkörper angeordnet und um eine tangentiale Achse schwenkbar gelagert ist, und der zumindest an einem Ende einen weitgehend radial nach innen ausgerichteten Steuerstift aufweist, der durch Verschwenken des Kipphebels in Eingriff und außer Eingriff mit einer zugeordneten Steuernut bringbar ist.
Eine auf einen Ventiltrieb mit einer drehfest und axial verschiebbar auf einer Trägerwelle angeordneten Trägernabe mit mindestens einem Nockenkörper mit zwei axial benachbarten Nocken und einem zylindrischen Steuerkörper mit mindestens einer Steuernut bezogene erste Lösung der Aufgabe ist in Verbindung mit den Merkmalen des Oberbegriffs des Anspruchs 1 dadurch gekennzeichnet, dass die Betätigungsvorrichtung einen Kipphebel aufweist, der mit axialer Ausrichtung radial benachbart zu dem Steuerkörper angeordnet und um eine tangentiale Achse schwenkbar gelagert ist, der zumindest an einem Ende einen weitgehend radial nach innen ausgerichteten Steuerstift aufweist, und der durch ein Betätigungselement form- und/oder kraftschlüssig in eine erste Position schwenkbar und dort haltbar ist, in welcher der Steuerstift in Eingriff mit der zugeordneten Steuernut steht, und in eine zweite Position schwenkbar und dort haltbar ist, in der sich der Steuerstift außer Eingriff mit der zugeordneten Steuernut befindet.
Eine auf einen Ventiltrieb mit einer axial verschiebbaren Trägerwelle, auf der mindestens ein Nockenkörper mit zwei axial benachbarten Nocken und ein zylindrischer Steuerkörper mit mindestens einer Steuernut starr befestigt sind, bezogene zweite Lösung der Aufgabe ist in Verbindung mit den Merkmalen des Oberbegriffs des Anspruchs 2 dadurch gekennzeichnet, dass die Betätigungsvorrichtung einen Kipphebel aufweist, der mit axialer Ausrichtung radial benachbart zu dem Steuerkörper angeordnet und um eine tangentiale Achse schwenkbar gelagert ist, der zumindest an einem Ende einen weitgehend radial nach innen ausgerichteten Steuerstift aufweist, und der durch ein Betätigungselement form- und/oder kraftschlüssig in eine erste Position schwenkbar und dort haltbar ist, in welcher der Steuerstift in Eingriff mit der zugeordneten Steuernut steht, und in eine zweite Position schwenkbar und dort haltbar ist, in der sich der Steuerstift außer Eingriff mit der zugeordneten Steuernut befindet.
Die Erfindung geht zum einen von einem an sich bekannten Ventiltrieb eines Verbrennungskolbenmotors mit einer Nockenwelle aus, die eine Trägerwelle sowie eine darauf drehfest und zwischen zwei Positionen axial verschiebbar angeordnete Trägernabe umfasst. Die Trägernabe weist zumindest einen Nockenkörper mit zwei axial benachbarten Nocken auf, deren Nockenbahnen unterschiedliche Nockenerhebungen und identische Grundkreisdurchmesser aufweisen, und einen zylindrischen Steuerkörper mit mindestens einer zumindest abschnittweise schraubenförmigen Steuernut, in die zur axialen Verstellung der Trägernabe ein gehäuseseitig gelagerter Steuerstift einer Betätigungsvorrichtung in Eingriff bringbar ist.
Zum anderen geht die Erfindung von einem an sich bekannten Ventiltrieb eines Verbrennungskolbenmotors mit einer Nockenwelle aus, die eine zwischen zwei Positionen axial verschiebbare Trägerwelle umfasst. Auf der Trägerwelle sind zumindest ein Nockenkörper mit zwei axial benachbarten Nocken befestigt, deren Nockenbahnen unterschiedliche Nockenerhebungen und identische Grundkreisdurchmesser aufweisen, und ein zylindrischer Steuerkörper mit mindestens einer zumindest abschnittweise schraubenförmigen Steuernut, in die zur axialen Verstellung der Trägerwelle ein gehäuseseitig gelagerter Steuerstift einer Betätigungsvorrichtung in Eingriff bringbar ist, drehfest und axial unverschiebbar.
Erfindungsgemäß weist die Betätigungsvorrichtung in beiden Fällen einen Kipphebel auf, der mit axialer Ausrichtung radial benachbart zu dem Steuerkörper angeordnet und um eine tangentiale Achse schwenkbar gelagert ist. Dieser Kipphebel weist zumindest an einem Ende einen weitgehend radial nach innen, d.h. in Richtung des Steuerkörpers ausgerichteten Steuerstift auf. Durch ein Betätigungselement ist der Kipphebel form- und/oder kraftschlüssig in eine erste Position schwenkbar und dort haltbar, in welcher der Steuerstift in Eingriff mit der zugeordneten Steuernut steht, und in eine zweite Position schwenkbar sowie dort haltbar, in der sich der Steuerstift außer Eingriff mit der zugeordneten Steuernut befindet.
Der Kipphebel stellt ein einfaches und kostengünstig herstellbares Steuerungselement dar, mit dem die Trägernabe bzw. die Trägerwelle und somit der mindestens eine Nockenkörper rein mechanisch durch den verschwenkungsbedingten Eingriff des mindestens einen Steuerstiftes in die zugeordnete Steuernut zumindest in einer Richtung axial verschoben werden kann. Hierdurch wird die Betätigung zumindest eines Gaswechselventils von dem einen Nocken auf den anderen Nocken umgeschaltet.
Eine derartige Betätigungsvorrichtung kann in beiden Ausführungen des Ventiltriebs, d.h. bei Verwendung einer drehfest und axial verschiebbaren Trägernabe, die mindestens einen Nockenkörper und den Steuerkörper trägt, und bei Verwendung einer axial verschiebbaren Trägerwelle, auf der mindestens ein Nockenkörper und ein Steuerkörper starr befestigt sind, zur Betätigung und Nockenumschaltung funktionsgleicher Gaswechselventile eingesetzt werden.
Bei der ersten Ausführungsform des Ventiltriebs kann die erfindungsgemäße Betätigungsvorrichtung jedoch auch bei einem Mehrzylindermotor verwendet werden, wobei aber jeweils eine derartige Betätigungsvorrichtung pro Zylinder mit entsprechend den Arbeitszyklen der Zylinder umfangsseitig versetzt angeordneten Steuernuten und/oder Steuerstiften erforderlich ist, um die drehwinkelversetzte Umschaltung zwischen den Nocken jeweils im Kontaktbereich der überlappenden Grundkreisbereiche der Nockenbahnen mit den zugeordneten Nockenfolgern zu ermöglichen.
In einer ersten bevorzugten Ausgestaltung der beiden vorgenannten Basisausführungen der erfindungsgemäßen Betätigungsvorrichtung ist vorgesehen, dass der Kipphebel an beiden Enden jeweils einen weitgehend radial nach innen ausgerichteten Steuerstift und der Steuerkörper zwei zugeordnete, entsprechend axial beabstandet angeordnete Steuernuten aufweist. Weiter ist vorgesehen, dass der Kipphebel durch das Betätigungselement in eine erste Position schwenkbar und dort haltbar ist, in welcher der erste Steuerstift in Eingriff mit der zugeordneten ersten Steuernut steht und sich der zweite Steuerstift außer Eingriff mit der zugeordneten zweiten Steuernut befindet, sowie in eine zweite Position schwenkbar und dort haltbar ist, in der sich der erste Steuerstift außer Eingriff mit der zugeordneten ersten Steuernut befindet und der zweite Steuerstift in Eingriff mit der zugeordneten zweiten Steuernut steht.
Bei dieser Version des Ventiltriebs erfolgen die Axialverschiebung der Trägernabe bzw. der Trägerwelle und damit die Umschaltung zwischen den beiden Nocken somit in beide Richtungen jeweils durch die Verschwenkung des Kipphebels in die eine oder andere Position. Da die Trägernabe bzw. die Trägerwelle im Ruhezustand durch die Schwenklage des Kipphebels formschlüssig in einer der beiden axialen Positionen gehalten wird, ist eine sonst übliche Rastierung nicht erforderlich, sie kann aber zur Erhöhung der Funktionssicherheit dennoch vorgesehen sein.
In einer zweiten bevorzugten Ausgestaltung der beiden vorgenannten Basisausführungen der erfindungsgemäßen Betätigungsvorrichtung ist vorgesehen, dass der Kipphebel nur an einem Ende einen weitgehend radial nach innen ausgerichteten Steuerstift und der Steuerkörper nur eine einzige zugeordnete, entsprechend axial angeordnete Steuernut aufweist, und dass der Kipphebel durch das Betätigungselement in eine erste Position schwenkbar und dort haltbar ist, in welcher der Steuerstift in Eingriff mit der Steuernut steht, und in eine zweite Position schwenkbar und dort haltbar ist, in der sich der Steuerstift außer Eingriff mit der zugeordneten Steuernut befindet, der Kipphebel an einem gehäusefesten Anschlag anliegt, und die Trägernabe oder die Trägerwelle durch ein Federelement in die zugeordnete Position axial verschiebbar ist.
Bei dieser zuletzt genannten Version des Ventiltriebs erfolgt die Axialverschiebung der Trägernabe bzw. der Trägerwelle und damit die Umschaltung zwischen den beiden Nocken somit in die eine Richtung durch die Verschwenkung des Kipphebels in die erste Position und in die andere Richtung durch das Federelement, nachdem die Trägernabe bzw. die Trägerwelle durch das Verschwenken des Kipphebels in die zweite Position entsperrt ist. Auch bei dieser Ausgestaltung der Betätigungsvorrichtung ist eine Rastierung nicht erforderlich, da die Trägernabe bzw. die Trägerwelle im Ruhezustand entweder durch den Kipphebel formschlüssig in der axialen ersten Position oder durch das Federelement kraftschlüssig in der axialen zweiten Position gehalten wird.
Die jeweilige Steuernut ist bevorzugt als eine Y-Nut mit einer ringförmig geschlossenen Haltenut und mit einer axial entgegen der zugeordneten Verschiebungsrichtung im Abstand der Nocken beginnenden sowie entgegen der Drehrichtung der Trägerwelle schraubenförmig in die Haltenut einlaufenden Stellnut ausgebildet. Bei Eingriff des zugeordneten Steuerstiftes in die Stellnut wird der Steuerkörper und der mit diesem verbundene Nockenkörper somit durch die Drehung der Trägerwelle in die zugeordnete Richtung axial verschoben und somit die Betätigung des zugeordneten Gaswechselventils von dem einen auf den anderen Nocken umgeschaltet.
Es versteht sich in Kenntnis der Erfindung von selbst, dass die Stellnut in einem umfangsseitigen Winkelbereich des Steuerkörpers angeordnet ist, der zu einem Eingriff des zugeordneten Steuerstiftes in einem Drehwinkelbereich der Trägerwelle führt, in dem sich die zwei betreffenden Nocken mit ihren umfangsseitig überlappenden Grundkreisbereichen in Kontakt mit bzw. axial benachbart zu dem Nockenfolger des zugeordneten Gaswechselventils befinden. Nach dem Einlaufen des Steuerstiftes von der Stellnut in die Haltenut wird die entsprechende Axialposition des Steuerkörpers formschlüssig gehalten, wodurch der mit dem Nockenfolger des zugeordneten Gaswechselventils in Wirkverbindung gebrachte Nocken gesichert ist.
Da die Umschaltung zwischen den beiden Nocken unabhängig von der aktuellen Drehwinkellage der Trägerwelle ausgelöst wird, kann der betreffende Steuerstift beim entsprechenden Verschwenken des Kipphebels zumeist nicht sofort in das freie Ende der Stellnut einspuren, sondern trifft außerhalb der Stellnut auf die Mantelfläche des zylindrischen Steuerkörpers. Erst durch die weitere Drehung der Trägerwelle stellt sich eine örtliche Überschneidung des Steuerstiftes mit dem freien Ende der Stellnut ein, so dass der Stift radial in die Stellnut einspuren kann, wodurch die axiale Verstellung des Steuerkörpers und des mit diesem verbundenen Nockenkörpers beginnt. Um das Einspuren des Steuerstiftes in die Stellnut möglichst stoßfrei und verschleißarm zu gestalten, ist bevorzugt vorgesehen, dass die Stellnut an ihrem freien Ende einen Einlaufabschnitt mit sich trichterförmig auf die Nutbreite verengenden Seitenwänden und mit einer rampenförmig von der Mantelfläche des Steuerkörpers in den Nutboden übergehenden Bodenwand aufweist.
Zur Betätigung des Kipphebels kann dieser an seiner von der Nockenwelle abgewandten Außenseite zwei axial benachbarte, als konkave Vertiefungen ausgebildete Kulissenbahnen aufweisen. Das zugeordnete Betätigungselement kann in diesem Fall als ein Betätigungshebel ausgebildet sein, der mit radialer Ausrichtung radial benachbart zu dem Kipphebel angeordnet und um eine tangentiale Achse schwenkbar gelagert ist, der an seinem dem Kipphebel zugewandten inneren Ende mit einer federbelasteten Spitze in Kontakt mit jeweils einer der Kulissenbahnen steht, und der an seinem von dem Kipphebel abgewandten äußeren Ende gelenkig mit einem linearbeweglichen Stellelement in Verbindung steht. Dabei bewirkt eine Verschwenkung des Betätigungshebels in die eine oder andere Richtung eine Verschwenkung des Kipphebels in die jeweils entgegengesetzte Richtung. Die federbelastete Spitze bewirkt ein federelastisches Andrücken des jeweiligen Steuerstifts an die Mantelfläche des zylindrischen Steuerkörpers und das anschließende radiale Einspuren des Steuerstifts in die betreffende Stellnut.
In einer weiteren Ausgestaltung des Betätigungshebels ist vorgesehen, dass die Spitze des Betätigungshebels Bestandteil eines Druckstiftes ist, der mit einem zylindrischen Abschnitt axialbeweglich in einer Bohrung eines Hebelgehäuses des Betätigungshebels geführt ist, und von einer innerhalb der Bohrung angeordneten, vorzugsweise als Schraubenfeder ausgebildeten Druckfeder belastet wird.
Das Stellelement steht gemäß einer anderen Weiterbildung über einen Bolzen, der in einem in Stellrichtung ausgerichteten Langloch des Betätigungshebels geführt ist, hysteresebehaftet mit dem Betätigungshebel in Verbindung. Durch die gewünschte Hysterese in der Betätigung des Betätigungshebels und damit der Umschaltung zwischen zwei Nocken eines Nockenkörpers wird verhindert, dass häufig zwischen den beiden Nocken hin- und hergeschaltet wird, wenn der Verbrennungskolbenmotor in der Nähe des kritischen Betriebsparameters, wie dem für die Umschaltung vorgesehenen Lastzustand und/oder der entsprechenden Motordrehzahl, betrieben wird.
Da der Betätigungshebel in beide Richtungen verschwenkt werden soll, ist das Stellelement als ein in Längsrichtung in beiden Richtungen Stellkräfte und Stellwege übertragendes Bauelement, beispielsweise als Zug- bzw. Schubstange oder als Bowdenzug ausgebildet.
Die Umschaltung zwischen zwei Nocken eines Nockenkörpers soll einerseits rein mechanisch, andererseits aber in Abhängigkeit von Betriebsparametern des Verbrennungskolbenmotors, insbesondere von der Motorlast und der Motordrehzahl erfolgen.
Dies kann dadurch erreicht werden, dass das Stellelement eingangsseitig mit einem Leistungsstellglied des Verbrennungskolbenmotors, insbesondere mit dem Gaszug des Verbrennungskolbenmotors, in Verbindung steht. Dieselbe Wirkung kann jedoch auch mit der direkten Ankopplung des Stellelementes an den Leistungsstellhebel der Drosselklappe eines Ottomotors oder der Einspritzpumpe eines Dieselmotors erzielt werden.
Ebenso kann hierzu vorgesehen sein, dass das Stellelement eingangsseitig mit einem mechanischen Drehzahlgeber des Verbrennungskolbenmotors, beispielsweise mit einem Fliehkraftgeber des Verbrennungskolbenmotors, in Verbindung steht.
Damit die Umschaltung zwischen zwei Nocken eines Nockenkörpers in Abhängigkeit beider Betriebsparameter erfolgt, steht das Stellelement eingangsseitig bevorzugt über ein Überlagerungsgetriebe sowohl mit einem Leistungsstellglied des Verbrennungskolbenmotors als auch mit einem mechanischen Drehzahlgeber des Verbrennungskolbenmotors in Verbindung. Durch die konkrete Ausgestaltung des Überlagerungsgetriebes kann in Bezug auf die Auslösung einer Umschaltung zwischen zwei Nocken auch eine Gewichtung der beiden Betriebsparameter festgelegt werden.
Kurze Beschreibung der Zeichnungen
Die Erfindung wird nachfolgend anhand der beiliegenden Zeichnung an mehreren Ausführungsbeispielen weiter erläutert. Darin zeigt
1 einen erfindungsgemäßen ersten Ventiltrieb mit einer ersten Betätigungsvorrichtung zur Umschaltung zwischen zwei Nocken in einer perspektivischen Teilansicht,
2 den Ventiltrieb nach 1 in einer Schnittansicht,
3a–3d verschiedene Funktionsstellungen des Ventiltriebs nach 1 und 2, jeweils in einer schematischen Schnittansicht,
4 einen erfindungsgemäßen zweiten Ventiltrieb mit der ersten Betätigungsvorrichtung zur Umschaltung zwischen zwei Nocken in einer perspektivischen Teilansicht,
5 den Ventiltrieb nach 4 in einer Schnittansicht, und
6a–6d verschiedene Funktionsstellungen eines zu demjenigen in 1 bis 3 ähnlichen Ventiltriebs mit einer zweiten Betätigungsvorrichtung zur Umschaltung zwischen zwei Nocken, jeweils in einer schematischen Schnittansicht.
Detaillierte Beschreibung der Zeichnungen
Ein in der perspektivischen Teilansicht von 1 und in der Schnittansicht von 2 dargestellter Ventiltrieb eines Verbrennungskolbenmotors weist eine Nockenwelle 1, die eine Trägerwelle 2 und eine Trägernabe 3 mit einem Nockenkörper 4 sowie einem zylindrischen Steuerkörper 5 umfasst, sowie einen Kipphebel 7 und einen Betätigungshebel 8 einer mechanischen Betätigungsvorrichtung 6 auf. Die Trägerwelle 2 steht in an sich bekannter Weise mit der Kurbelwelle eines Verbrennungskolbenmotors in Triebverbindung und wird von dieser entsprechend Drehpfeil 9 angetrieben.
Die Trägernabe 3 ist über eine Innenverzahnung 10 und eine entsprechende Außenverzahnung 11 der Trägerwelle 2 drehfest und axial verschiebbar auf der Trägerwelle 2 angeordnet. Der Nockenkörper 4 weist zwei axial benachbarte Nocken 12, 13 auf, deren Nockenbahnen 14, 15 unterschiedliche Nockenerhebungen und identische Grundkreisdurchmesser aufweisen. Die erste Nocke 12 ist für einen Betrieb des Verbrennungskolbenmotors bei Teillast und niedriger Motordrehzahl vorgesehen, wogegen die zweite Nocke 13 für einen Betrieb des Verbrennungskolbenmotors bei Volllast und hoher Motordrehzahl vorgesehen ist. In der Darstellung von 1 und 2 steht die Nockenbahn 14 der ersten Nocke 12 in nicht dargestellter Weise mit dem Nockenfolger eines zugeordneten Gaswechselventils in Kontakt. Somit wird das Gaswechselventil durch die Drehung 9 der Trägerwelle 2 entsprechend der umfangsseitigen Ausrichtung und Höhe der Nockenerhebung der ersten Nocke 12 geöffnet und geschlossen.
Der auf der Trägernabe 3 axial benachbart zu dem Nockenkörper 4 angeordnete zylindrische Steuerkörper 5 weist axial beabstandet zwei in seiner Mantelfläche 16 angeordnete Steuernuten 17, 18 auf. Beide Steuernuten 17, 18 sind als Y-Nut ausgebildet und bestehen jeweils aus einer ringförmig geschlossenen Haltenut 19, 20 sowie einer axial innen im Abstand der Nocken 12, 13 beginnenden und entgegen der Drehrichtung 9 der Trägerwelle 2 schraubenförmig in die zugeordnete Haltenut 19, 20 einlaufenden Stellnut 21, 22.
Der Kipphebel 7 ist mit axialer Ausrichtung radial benachbart zu dem Steuerkörper 5 angeordnet und um eine tangentiale Achse 23 schwenkbar gelagert. An beiden Enden weist der Kipphebel 7 jeweils einen weitgehend radial nach innen ausgerichteten Steuerstift 24, 25 und an seiner von der Nockenwelle 1 abgewandten Außenseite zwei axial benachbarte, als konkave Vertiefungen ausgebildete Kulissenbahnen 26, 27 auf. Der axiale Abstand zwischen dem freien Ende der Stellnut 21, 22 der einen Steuernut 17, 18 und der Haltenut 20, 19 der anderen Steuernut 18, 17 ist geringfügig kleiner als der Abstand der beiden Steuerstifte 24, 25 des Kipphebels 7, so dass beim Verschwenken des Kipphebels jeweils ein Steuerstift 24, 25 mit einer der Steuernuten 17, 18 in Eingriff bringbar ist.
Der Betätigungshebel 8 ist mit radialer Ausrichtung radial benachbart zu dem Kipphebel 7 angeordnet und um eine tangentiale Achse 28 schwenkbar gelagert. An seinem dem Kipphebel 7 zugewandten inneren Ende steht der Betätigungshebel 8 mit einer federbelasteten Spitze 29 in Kontakt mit jeweils einer der Kulissenbahnen 26, 27.
An seinem von dem Kipphebel 7 abgewandten äußeren Ende steht der Betätigungshebel 8 gelenkig mit einem als Zug-/Schubstange ausgebildeten Stellelement 30 in Verbindung. Die Zug-/Schubstange 30 steht eingangsseitig in nicht dargestellter Weise mit einem Leistungsstellglied und/oder einem mechanischen Drehzahlgeber des Verbrennungskolbenmotors in Verbindung. Ausgangsseitig steht die Zug-/Schubstange über einen Bolzen 31, der in einem in Längsrichtung der Zug-/Schubstange ausgerichteten Langloch 32 des Betätigungshebels 8 geführt ist, hysteresebehaftet mit dem Betätigungshebel 8 in Verbindung.
Wie insbesondere der Schnittansicht von 2 entnommen werden kann, ist die Spitze 29 des Betätigungshebels 8 ein Bestandteil eines Druckstiftes 33, der teleskopartig mit einem zylindrischen Abschnitt 34 axialbeweglich in einer Bohrung 35 eines Hebelgehäuses 36 des Betätigungshebels 8 geführt ist und von einer innerhalb der Bohrung 35 angeordneten, als Schraubenfeder ausgebildeten Druckfeder 37 belastet wird.
Nachfolgend wird nun die Funktionsweise des Ventiltriebs zur Umschaltung zwischen den beiden Nocken 12 und 13 unter Zuhilfenahme der 3a bis 3d, in denen der Ventiltrieb nach 1 und 2 jeweils in einer schematischen Schnittansicht in verschiedenen Funktionsstellungen dargestellt ist, näher erläutert.
In der in 3a abgebildeten Funktionsstellung befindet sich die Trägernabe 3 axial in ihrer ersten, in der Abbildung linken Position, in welcher die Nockenbahn 14 der ersten Nocke 12 mit dem Nockenfolger des zugeordneten Gaswechselventils in Kontakt ist. In dieser Position wird die Trägernabe 3 von dem Kipphebel 7 durch den Eingriff des ersten Steuerstiftes 24 in die Haltenut 19 der ersten Steuernut 17 des zylindrischen Steuerkörpers 5 gehalten. In der hierzu erforderlichen Schwenkposition wird der Kipphebel 7 durch den entsprechend verschwenkten Betätigungshebel 8 form- und kraftschlüssig mittels der federbelasteten Spitze 29 des Betätigungshebels 8 gehalten, die hierzu in Kontakt mit der ersten Kulissenbahn 26 des Kipphebels 7 steht.
Wenn nun die Motorlast und/oder die Motordrehzahl des Verbrennungskolbenmotors ansteigt, wird das Stellelement 30 entsprechend dem Zugpfeil 38 in 3b in Zugrichtung verschoben, wodurch der Bolzen 31 zunächst das durch das Langloch 32 gegebene Leerspiel überbrückt und anschließend den Betätigungshebel 8 entsprechend dem Drehpfeil 39 verschwenkt. Dadurch gleitet die Spitze 29 des Betätigungshebels 8 unter Einfederung des Druckstiftes 33 in die Bohrung 35 des Hebelgehäuses 36 von der ersten Kulissenbahn 26 in die zweite Kulissenbahn 27. Dadurch wird der Kipphebel 7 entsprechend dem Drehpfeil 40 entgegengesetzt verschwenkt, wodurch der zweite Steuerstift 25 des Kipphebels 7 zunächst auf die Mantelfläche 16 des zylindrischen Steuerkörpers 5 auftrifft und aufgrund der Drehung 9 der Trägerwelle 2 schließlich in das freie Ende der Stellnut 22 der zweiten Steuernut 18 einspurt. Diese momentane Funktionsstellung ist in den 1, 2, und 3b dargestellt.
Anschließend wird die Trägernabe 3 durch die Drehung 9 der Trägerwelle 2 und die axiale Steigung der Stellnut 22 der zweiten Steuernut 18 entsprechend dem Verschiebungspfeil 41 in 3b um den axialen Abstand der beiden Nocken 12, 13 in ihre zweite, in der Abbildung rechte Position verschoben, in welcher die Nockenbahn 15 der zweiten Nocke 13 mit dem Nockenfolger des zugeordneten Gaswechselventils in Kontakt steht. In dieser in 3c abgebildeten Position wird die Trägernabe 3 von dem Kipphebel 7 durch den Eingriff des zweiten Steuerstiftes 25 in die Haltenut 20 der zweiten Steuernut 18 des zylindrischen Steuerkörpers 5 gehalten.
Wenn nun die Motorlast und/oder die Motordrehzahl des Verbrennungskolbenmotors wieder sinkt, wird das Stellelement 30 entsprechend dem Schubpfeil 42 gemäß 3d in Schubrichtung verschoben, wodurch der Bolzen 31 zunächst das durch das Langloch 32 gegebene Leerspiel überbrückt und anschließend den Betätigungshebel 8 entsprechend dem Drehpfeil 43 verschwenkt. Dadurch gleitet die Spitze 29 des Betätigungshebels 8 unter Einfederung des Druckstiftes 33 in die Bohrung 35 des Hebelgehäuses 36 von der zweiten Kulissenbahn 27 in die erste Kulissenbahn 26. Dadurch wird der Kipphebel 7 entsprechend dem Drehpfeil 44 entgegengesetzt verschwenkt, wodurch der erste Steuerstift 24 des Kipphebels 7 zunächst auf die Mantelfläche 16 des zylindrischen Steuerkörpers 5 auftrifft und aufgrund der Drehung 9 der Trägerwelle 2 schließlich in das freie Ende der Stellnut 21 der ersten Steuernut 17 einspurt. Diese momentane Funktionsstellung ist in 3d dargestellt. Anschließend wird die Trägernabe 3 durch die Drehung 9 der Trägerwelle 2 und die axiale Steigung der Stellnut 21 der ersten Steuernut 17 entsprechend dem Verschiebungspfeil 45 um den axialen Abstand der beiden Nocken 12, 13 wieder in ihre erste Position verschoben, die in 3a abgebildet ist.
Ein weiterer in der perspektivischen Teilansicht von 4 und in der Schnittansicht von 5 dargestellter erfindungsgemäßer Ventiltrieb eines Verbrennungskolbenmotors weist eine Nockenwelle 1’, die eine Trägerwelle 2’, einen Nockenkörper 4’ und einen zylindrischen Steuerkörper 5’ umfasst, sowie einen Kipphebel 7 und einen Betätigungshebel 8 einer mechanischen Betätigungsvorrichtung 6 auf. Im Unterschied zu dem Ventiltrieb nach den 1 und 2 ist die Trägerwelle 2’ nunmehr axial verschiebbar gelagert, und der Nockenkörper 4’ und der zylindrische Steuerkörper 5’ sind jetzt starr, also drehfest und axial unverschiebbar auf der Trägerwelle 2’ befestigt. Zur Umschaltung zwischen den beiden Nocken 12, 13 werden der Nockenkörper 4’ und der Steuerkörper 5’, die vorliegend als separate Bauteile ausgebildet sind, demnach zusammen mit der Trägerwelle 2’ axial verschoben. Die prinzipielle Funktionsweise des vorliegenden Ventiltriebs zur Umschaltung zwischen den beiden Nocken 12, 13 entspricht jedoch exakt derjenigen des Ventiltriebs nach den 1 und 2, so dass an dieser Stelle auf eine weitere Erläuterung der Funktionsweise verzichtet wird.
Dagegen wird nun die Funktionsweise eines wesentlich modifizierten Ventiltriebs zur Umschaltung zwischen den beiden Nocken 60, 61 einer Nockenwelle 51 anhand der 6a bis 6d näher erläutert, in denen der Ventiltrieb in verschiedenen Funktionsstellungen jeweils in einer schematischen Schnittansicht dargestellt ist.
Analog zu dem Ventiltrieb nach den 1 und 2 weist der vorliegende Ventiltrieb eines Verbrennungskolbenmotors eine Nockenwelle 51, die eine Trägerwelle 52 und eine Trägernabe 53 mit einem Nockenkörper 54 und einem zylindrischen Steuerkörper 55 umfasst, sowie einen Kipphebel 57 und einen Betätigungshebel 8 einer mechanischen Betätigungsvorrichtung 56 auf. Die Trägernabe 53 ist über eine Innenverzahnung 58 und eine entsprechende Außenverzahnung 59 der Trägerwelle 52 drehfest und axial verschiebbar auf der Trägerwelle 52 angeordnet. Der Nockenkörper 54 weist zwei axial benachbarte Nocken 60, 61 auf, deren Nockenbahnen 62, 63 unterschiedliche Nockenerhebungen und identische Grundkreisdurchmesser aufweisen. Die erste Nocke 60 ist für einen Betrieb des Verbrennungskolbenmotors bei Teillast und niedriger Motordrehzahl vorgesehen, wogegen die zweite Nocke 61 für einen Betrieb des Verbrennungskolbenmotors bei Volllast und hoher Motordrehzahl bestimmt ist.
Im Gegensatz zu dem Ventiltrieb nach den 1 und 2 weist der auf der Trägernabe 53 axial benachbart zu dem Nockenkörper 54 angeordnete zylindrische Steuerkörper 55 nunmehr nur eine in seiner Mantelfläche 64 angeordnete Steuernut 65 auf. Die Steuernut 65 ist entsprechend der ersten Steuernut 17 nach den 1 und 2 als Y-Nut ausgebildet und besteht aus einer ringförmig geschlossenen Haltenut 66 und einer axial innen im Abstand der Nocken 60, 61 beginnenden und entgegen der Drehrichtung der Trägerwelle 52 schraubenförmig in die Haltenut 66 einlaufenden Stellnut 67. Zwischen einer der Steuernut 65 abgewandten Stirnwand 68 der Trägernabe 53 und einem Ringsteg 69 der Trägerwelle 52 ist eine als Schraubenfeder ausgebildete Druckfeder 70 angeordnet, durch welche die Trägernabe 53 in Richtung auf einen axial gegenüberliegend angeordneten Anschlagbund 71 der Trägerwelle 52 mit einer Federkraft belastet wird.
Der Kipphebel 57 ist weitgehend identisch zu demjenigen des Ventiltriebs nach den 1 und 2 ausgebildet und angeordnet, unterscheidet von diesem jedoch dadurch, dass er nur an dem der Steuernut 65 des Steuerkörpers 55 radial benachbarten Ende einen weitgehend radial nach innen ausgerichteten Steuerstift 72 aufweist. An dem gegenüberliegenden Ende weist der Kipphebel 57 dagegen auf der der Nockenwelle 51 zugewandten Innenseite eine Anschlagfläche 73 auf, die zum Anliegen an einem gehäusefesten Anschlag 74 vorgesehen ist. Der Betätigungshebel 8 und das Stellelement 30 entsprechen dagegen den betreffenden Bauteilen des Ventiltriebs nach den 1 und 2 und sind daher auch mit denselben Bezugszeichen versehen.
In der in 6a abgebildeten Funktionsstellung befindet sich die Trägernabe 53 axial in ihrer ersten, in der Abbildung linken Position, in welcher die Nockenbahn 62 der ersten Nocke 60 mit dem Nockenfolger des zugeordneten Gaswechselventils in Kontakt steht. In dieser Position wird die Trägernabe 53 von dem Kipphebel 57 durch den Eingriff des Steuerstiftes 72 in die Haltenut 66 der Steuernut 65 des zylindrischen Steuerkörpers 55 gehalten, und die Druckfeder 70 ist gespannt. In der hierzu erforderlichen Schwenkposition wird der Kipphebel 57 durch den entsprechend verschwenkten Betätigungshebel 8 form- und kraftschlüssig mittels der federbelasteten Spitze 29 des Betätigungshebels 8 gehalten, die hierzu in Kontakt mit der ersten Kulissenbahn 75 des Kipphebels 57 steht.
Wenn nun die Motorlast und/oder die Motordrehzahl des Verbrennungskolbenmotors ansteigt, wird das Stellelement 30 entsprechend dem Zugpfeil 38 in Zugrichtung verschoben, wodurch der Bolzen 31 zunächst das durch das Langloch 32 gegebene Leerspiel überbrückt und anschließend den Betätigungshebel 8 entsprechend dem Drehpfeil 39 verschwenkt. Dadurch gleitet die Spitze 29 des Betätigungshebels 8 unter Einfederung des Druckstiftes 33 in die Bohrung 35 des Hebelgehäuses 36 von der ersten Kulissenbahn 75 in die zweite Kulissenbahn 76. Dadurch wird der Kipphebel 57 entsprechend dem Drehpfeil 40 verschwenkt, wodurch der Steuerstift 72 die Haltenut 66 des Steuerkörpers 55 verlässt und der Kipphebel 57 schließlich mit seiner Anschlagfläche 73 an dem gehäusefesten Anschlag 74 zur Anlage kommt sowie dort von der federbelasteten Spitze 29 des Betätigungshebels 8 gehalten wird. Diese momentane Funktionsstellung ist in 6b dargestellt.
Mit dem Verlassen der Haltenut 66 des Steuerkörpers 55 durch den Steuerstift 72 des Kipphebels 57 ist die Trägernabe 53 entsperrt und wird unter der Wirkung der gespannten Druckfeder 70 entsprechend dem Verschiebungspfeil 41 bis zum Erreichen des Anschlagbundes 71 axial verschoben. Diese in 6c abgebildete Lage entspricht der zweiten, in der Abbildung rechten Position der Trägernabe 53, in welcher die Nockenbahn 63 der zweiten Nocke 61 mit dem Nockenfolger des zugeordneten Gaswechselventils in Kontakt steht.
Wenn nun die Motorlast und/oder die Motordrehzahl des Verbrennungskolbenmotors wieder sinkt, wird das Stellelement 30 entsprechend dem Schubpfeil 42 in Schubrichtung verschoben, wodurch der Bolzen 31 zunächst das durch das Langloch 32 gegebene Leerspiel überbrückt und anschließend den Betätigungshebel 8 entsprechend dem Drehpfeil 43 verschwenkt. Dadurch gleitet die Spitze 29 des Betätigungshebels 8 unter Einfederung des Druckstiftes 33 in die Bohrung 35 des Hebelgehäuses 36 von der zweiten Kulissenbahn 76 in die erste Kulissenbahn 75. Dadurch wird der Kipphebel 7 entsprechend dem Drehpfeil 44 verschwenkt, wodurch der Steuerstift 72 des Kipphebels 57 zunächst auf die Mantelfläche 64 des zylindrischen Steuerkörpers 55 auftrifft und aufgrund der Drehung der Trägerwelle 52 schließlich in das freie Ende der Stellnut 67 der Steuernut 65 einspurt. Diese momentane Funktionsstellung ist in 6d dargestellt.
Anschließend wird die Trägernabe 53 durch die Drehung der Trägerwelle 52 und die axiale Steigung der Stellnut 67 des Steuerkörpers 55 entsprechend dem Verschiebungspfeil 45 unter erneuter Spannung der Druckfeder 70 um den axialen Abstand der beiden Nocken 60, 61 wieder in ihre erste Position verschoben, die in 6a abgebildet ist.
Es versteht sich in Kenntnis der Erfindung von selbst, dass die vorliegende Ausführungsform des Ventiltriebs nach den 6a bis 6d ebenso bei einem Ventiltrieb anwendbar ist, bei dem der Nockenkörper (4’) und der zylindrische Steuerkörper (5’) entsprechend den 4 und 5 starr, also drehfest und axial unverschiebbar auf der Trägerwelle (2’) befestigt und zusammen mit dieser axial verschiebbar sind. Um In diesem Fall die axiale Verschiebung der Trägerwelle (2’) in die zweite Position zu erreichen, ist in entsprechender Weise ein Federelement (70) zwischen einem gehäusefesten Bauteil und der Trägerwelle (2’) oder einem auf diesem starr befestigten Bauteil (4’, 5’) sowie ein gehäusefester Anschlag für eines dieser Bauteile (2’, 4’, 5’) vorzusehen.
Bezugszeichenliste

1, 1’: Nockenwelle
2, 2’: Trägerwelle
3: Trägernabe
4, 4’: Nockenkörper
5, 5’: Steuerkörper
6: Betätigungsvorrichtung
7: Kipphebel
8: Betätigungselement, Betätigungshebel
9: Drehpfeil, Drehung
10: Innenverzahnung
11: Außenverzahnung
12: Erster Nocken
13: Zweiter Nocken
14: Nockenbahn von 12
15: Nockenbahn von 13
16: Mantelfläche von 5
17: Erste Steuernut
18: Zweite Steuernut
19: Haltenut von 17
20: Haltenut von 18
21: Stellnut von 17
22: Stellnut von 18
23: Achse
24: Erster Steuerstift
25: Zweiter Steuerstift
26: Erste Kulissenbahn
27: Zweite Kulissenbahn
28: Achse
29: Spitze
30: Stellelement, Zug- bzw. Schubstange
31: Bolzen
32: Langloch
33: Druckstift
34: Zylindrischer Abschnitt
35: Bohrung
36: Hebelgehäuse
37: Druckfeder, Schraubenfeder
38: Zugpfeil, Zugrichtung
39: Drehpfeil, Drehung
40: Drehpfeil, Drehung
41: Verschiebungspfeil, Axialverschiebung
42: Schubpfeil, Schubrichtung
43: Drehpfeil, Drehung
44: Drehpfeil, Drehung
45: Verschiebungspfeil, Axialverschiebung
51: Nockenwelle
52: Trägerwelle
53: Trägernabe
54: Nockenkörper
55: Steuerkörper
56: Betätigungsvorrichtung
57: Kipphebel
58: Innenverzahnung
59: Außenverzahnung
60: Erster Nocken
61: Zweiter Nocken
62: Nockenbahn von 60
63: Nockenbahn von 61
64: Mantelfläche von 55
65: Steuernut
66: Haltenut von 65
67: Stellnut von 65
68: Stirnwand von 53
69: Ringsteg von 52
70: Federelement, Druckfeder, Schraubenfeder
71: Anschlagbund
72: Steuerstift
73: Anschlagfläche
74: Anschlag
75: Erste Kulissenbahn
76: Zweite Kulissenbahn

ZITATE ENTHALTEN IN DER BESCHREIBUNG
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Zitierte Patentliteratur

DE 19611641 C1 [0006]
DE 10148179 A1 [0007]
DE 102004021375 A1 [0007]
DE 202009015465 U1 [0008]
US 5129407 A [0009]

Claims

Ventiltrieb eines Verbrennungskolbenmotors, mit einer Nockenwelle (1, 51), die eine Trägerwelle (2, 52) sowie eine darauf drehfest und zwischen zwei Positionen axial verschiebbar angeordnete Trägernabe (3, 53) aufweist, die zumindest einen Nockenkörper (4, 54) mit zwei axial benachbarten Nocken (12, 13; 60, 61), deren Nockenbahnen (14, 15; 62, 63) unterschiedliche Nockenerhebungen und identische Grundkreisdurchmesser aufweisen, und einen zylindrischen Steuerkörper (5, 55) mit mindestens einer zumindest abschnittsweise schraubenförmigen Steuernut (17, 18, 65) aufweist, in die zur axialen Verstellung der Trägernabe (3, 53) ein gehäuseseitig gelagerter Steuerstift (24, 25, 72) einer Betätigungsvorrichtung (6, 56) in Eingriff bringbar ist, dadurch gekennzeichnet, dass die Betätigungsvorrichtung (6, 56) einen Kipphebel (7, 57) aufweist, der mit axialer Ausrichtung radial benachbart zu dem Steuerkörper (5, 55) angeordnet und um eine tangentiale Achse (23) schwenkbar gelagert ist, der zumindest an einem Ende einen weitgehend radial nach innen ausgerichteten Steuerstift (24, 25, 72) aufweist, und der durch ein Betätigungselement (8) form- und/oder kraftschlüssig in eine erste Position schwenkbar und dort haltbar ist, in welcher der Steuerstift (24, 25, 72) in Eingriff mit der zugeordneten Steuernut (17, 18, 65) steht, und in eine zweite Position schwenkbar und dort haltbar ist, in der sich der Steuerstift (24, 25, 72) außer Eingriff mit der zugeordneten Steuernut (17, 18, 65) befindet.
Ventiltrieb eines Verbrennungskolbenmotors, mit einer Nockenwelle (7’), die eine zwischen zwei Positionen axial verschiebbare Trägerwelle (2’) aufweist, auf der zumindest ein Nockenkörper (4’) mit zwei axial benachbarten Nocken (12, 13), deren Nockenbahnen (14, 15) unterschiedliche Nockenerhebungen und identische Grundkreisdurchmesser aufweisen, und ein zylindrischer Steuerkörper (5’) mit mindestens einer zumindest abschnittsweise schraubenförmigen Steuernut (17, 18), in die zur axialen Verstellung der Trägerwelle (2’) ein gehäuseseitig gelagerter Steuerstift (24, 25) einer Betätigungsvorrichtung (6) in Eingriff bringbar ist, starr befestigt sind, dadurch gekennzeichnet, dass die Betätigungsvorrichtung (6) einen Kipphebel (7) aufweist, der mit axialer Ausrichtung radial benachbart zu dem Steuerkörper (5’) angeordnet und um eine tangentiale Achse (23) schwenkbar gelagert ist, der zumindest an einem Ende einen weitgehend radial nach innen ausgerichteten Steuerstift (24, 25) aufweist, und der durch ein Betätigungselement (8) form- und/oder kraftschlüssig in eine erste Position schwenkbar und dort haltbar ist, in welcher der Steuerstift (24, 25) in Eingriff mit der zugeordneten Steuernut (17, 18) steht, und in eine zweite Position schwenkbar und dort haltbar ist, in sich der Steuerstift (24, 25) außer Eingriff mit der zugeordneten Steuernut (17, 18) befindet.
Ventiltrieb nach Anspruch 1 oder 2, dadurch gekennzeichnet, dass der Kipphebel (7) an beiden Enden jeweils einen weitgehend radial nach innen ausgerichteten Steuerstift (24, 25) und der Steuerkörper (5, 5’) zwei zugeordnete, entsprechend axial beabstandet angeordnete Steuernuten (17, 18) aufweist, und dass der Kipphebel (7) durch das Betätigungselement (8) in eine erste Position schwenkbar und dort haltbar ist, in welcher der erste Steuerstift (24) in Eingriff mit der zugeordneten ersten Steuernut (17) steht und sich der zweite Steuerstift (25) außer Eingriff mit der zugeordneten zweiten Steuernut (18) befindet, und in eine zweite Position schwenkbar und dort haltbar ist, in der sich der erste Steuerstift (24) außer Eingriff mit der zugeordneten ersten Steuernut (17) befindet und der zweite Steuerstift (25) in Eingriff mit der zugeordneten zweiten Steuernut (18) steht.
Ventiltrieb nach Anspruch 1 oder 2, dadurch gekennzeichnet, dass der Kipphebel (57) nur an einem Ende einen weitgehend radial nach innen ausgerichteten Steuerstift (72) und der Steuerkörper (55) nur eine einzige zugeordnete, entsprechend axial angeordnete Steuernut (65) aufweist, und dass der Kipphebel (57) durch das Betätigungselement (8) in eine erste Position schwenkbar und dort haltbar ist, in welcher der Steuerstift (72) in Eingriff mit der Steuernut (65) steht, und in eine zweite Position schwenkbar und dort haltbar ist, in der sich der Steuerstift (72) außer Eingriff mit der zugeordneten Steuernut (65) befindet, der Kipphebel (57) an einem gehäusefesten Anschlag (74) anliegt, und die Trägernabe (53) oder die Trägerwelle durch ein Federelement (70) in die zugeordnete Position axial verschiebbar ist.
Ventiltrieb nach einem der Ansprüche 1 bis 4, dadurch gekennzeichnet, dass die jeweilige Steuernut (17, 18, 65) als eine Y-Nut mit einer ringförmig geschlossenen Haltenut (19, 20, 66) und mit einer axial entgegen der zugeordneten Verschiebungsrichtung (41, 45) im Abstand der Nocken (12, 13; 60, 61) beginnenden und entgegen der Drehrichtung (9) der Trägerwelle (2, 2’, 52) schraubenförmig in die Haltenut (19, 20, 66) einlaufenden Stellnut (21, 22, 67) ausgebildet ist.
Ventiltrieb nach Anspruch 5, dadurch gekennzeichnet, dass die Stellnut (21, 22, 67) an ihrem freien Ende einen Einlaufabschnitt mit sich trichterförmig auf die Nutbreite verengenden Seitenwänden und mit einer rampenförmig von der Mantelfläche (16, 64) des Steuerkörpers (5, 5’, 55) in den Nutboden übergehenden Bodenwand aufweist.
Ventiltrieb nach einem der Ansprüche 1 bis 6, dadurch gekennzeichnet, dass der Kipphebel (7, 57) an seiner von der Nockenwelle (1, 1’, 51) abgewandten Außenseite zwei axial benachbarte, als konkave Vertiefungen ausgebildete Kulissenbahnen (26, 27; 75, 76) aufweist, und dass das Betätigungselement als ein Betätigungshebel (8) ausgebildet ist, der mit radialer Ausrichtung radial benachbart zu dem Kipphebel (7, 57) angeordnet und um eine tangentiale Achse (28) schwenkbar gelagert ist, der an seinem dem Kipphebel (7, 57) zugewandten inneren Ende mit einer federbelasteten Spitze (29) in Kontakt mit jeweils einer der Kulissenbahnen (26, 27; 75, 75) steht, und der an seinem von dem Kipphebel (7, 57) abgewandten äußeren Ende gelenkig mit einem linearbeweglichen Stellelement (30) in Verbindung steht, wobei eine Verschwenkung des Betätigungshebels (8) in die eine oder andere Richtung (39, 43) eine Verschwenkung des Kipphebels (7, 57) in die jeweils entgegengesetzte Richtung (40, 44) bewirkt.
Ventiltrieb nach Anspruch 7, dadurch gekennzeichnet, dass die Spitze (29) des Betätigungshebels (8) Bestandteil eines Druckstiftes (33) ist, der mit einem zylindrischen Abschnitt (34) axialbeweglich in einer Bohrung (35) eines Hebelgehäuses (36) des Betätigungshebels (8) geführt ist und von einer innerhalb der Bohrung (35) angeordneten Druckfeder (37) belastet wird.
Ventiltrieb nach Anspruch 7 oder 8, dadurch gekennzeichnet, dass das Stellelement (30) über einen Bolzen (31), der in einem in Stellrichtung (38, 42) ausgerichteten Langloch (32) des Betätigungshebels (8) geführt ist, hysteresebehaftet mit dem Betätigungshebel (8) in Verbindung steht.
Ventiltrieb nach einem der Ansprüche 7 bis 9, dadurch gekennzeichnet, dass das Stellelement als ein in Längsrichtung in beiden Richtungen Stellkräfte und Stellwege übertragendes Bauelement, beispielsweise als Zug-/Schubstange (30) oder als Bowdenzug, ausgebildet ist.
Ventiltrieb nach einem der Ansprüche 7 bis 10, dadurch gekennzeichnet, dass das Stellelement (30) eingangsseitig mit einem Leistungsstellglied des Verbrennungskolbenmotors in Verbindung steht.
Ventiltrieb nach Anspruch 11, dadurch gekennzeichnet, dass das Stellelement (30) eingangsseitig mit einem Gaszug des Verbrennungskolbenmotors in Verbindung steht.
Ventiltrieb nach einem der Ansprüche 7 bis 12, dadurch gekennzeichnet, dass das Stellelement (30) eingangsseitig mit einem mechanischen Drehzahlgeber des Verbrennungskolbenmotors in Verbindung steht.
Ventiltrieb nach Anspruch 13, dadurch gekennzeichnet, dass das Stellelement (30) eingangsseitig mit einem Fliehkraftgeber des Verbrennungskolbenmotors in Verbindung steht.
Ventiltrieb nach einem der Ansprüche 11 bis 14, dadurch gekennzeichnet, dass das Stellelement (30) eingangsseitig über ein Überlagerungsgetriebe sowohl mit einem Leistungsstellglied des Verbrennungskolbenmotors als auch mit einem mechanischen Drehzahlgeber des Verbrennungskolbenmotors in Verbindung steht.