DE102011085705A1 - Ventiltrieb einer Brennkraftmaschine - Google Patents
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Abstract
Description
- Gebiet der Erfindung
- Die Erfindung betrifft einen Ventiltrieb einer Brennkraftmaschine, umfassend mindestens eine Grundnockenwelle, auf welcher mindestens ein Nockenträger drehfest und axial verschiebbar angeordnet ist, wobei der mindestens eine Nockenträger mindestens einen Nocken zur Betätigung eines je zugehörigen Gaswechselventils aufweist, welcher in zumindest zwei axial nebeneinander liegende Nockenabschnitte aufgeteilt ist, die bei gleichem Grundkreisdurchmesser mit unterschiedlichen Nockenerhebungen versehen sind, wobei der mindestens eine Nockenträger durch einen zugehörigen Aktuator über Stellmittel relativ zur Grundnockenwelle zwischen unterschiedlichen axialen Positionen verschiebbar ist, in welchen jeweils das je zugehörige Gaswechselventil über je einen zugeordneten der zumindest zwei Nockenabschnitte ansteuerbar ist.
- Stand der Technik
- Ventiltriebe werden unter anderem als variable Ventiltriebe ausgeführt, bei welchen in Abhängigkeit eines Betriebspunkts der jeweiligen Brennkraftmaschine eine Variation der Öffnungszeiten und/oder der Hübe der Gaswechselventile möglich ist. Eine geläufige Ausgestaltung eines derartigen variablen Ventiltriebes ist dabei die Ausführung als sogenanntes Schiebenockensystem, bei welchem drehfest auf einer Grundnockenwelle vorgesehene Nockenträger gezielt axial hinsichtlich der Grundnockenwelle verschoben werden können, so dass unterschiedliche, axial nebeneinanderliegende Nockenabschnitte, welche auf den Nockenträgern aufgebracht sind, in Überdeckung mit einem jeweils zugehörigen Nockenfolger kommen, der dann eine der jeweiligen Nockenerhebung entsprechende Betätigung des je zugehörigen Gaswechselventils vornimmt.
- Aus der
DE 10 2004 011 586 A1 geht ein derartiger Ventiltrieb einer Brennkraftmaschine hervor, bei welchem auf einer Grundnockenwelle mehrere drehfest angeordnete und axial verschiebbare Nockenträger vorgesehen sind, die hierbei jeweils zwei Nocken zur Betätigung je zugehöriger Gaswechselventile aufweisen. Jeder der Nocken ist zudem in zwei axial nebeneinanderliegende Nockenabschnitte aufgeteilt, wobei diese Nockenabschnitte dabei den gleichen Grundkreisdurchmesser aufweisen, auf welchem unterschiedliche Nockenerhebungen der Nockenabschnitte aufbauen. Zur gezielten axialen Verschiebung des jeweiligen Nockenträgers zur Grundnockenwelle ist jeder Nockenträger an seinen axialen Enden mit Kurvenscheiben versehen, welche auf ihren radialen Außenseiten jeweils mit einer spiralartig verlaufenden Kurvenbahn ausgestattet sind. Mit jeder Kurvenbahn kann dann gezielt ein Stellstift eines zugehörigen, elektrischen Aktuators in Kontakt gebracht werden, wobei der jeweilige Stellstift und die Kurvenbahn dabei nach Art eines Schneckentriebes fungieren, indem durch Laufen des Stellstifts in der Kurvenbahn entsprechend deren spiralförmigen Verlaufs in axialer Richtung die Relativverschiebung des jeweiligen Nockenträgers hervorgerufen wird. Dabei wird durch Bestromen eines Aktuators an dem einen axialen Ende des jeweiligen Nockenträgers eine Verschiebung in die eine axiale Richtung und damit ein Anlaufen eines der beiden zugehörigen Nockenabschnitte an einem jeweiligen Nockenfolger in Form eines Schlepphebels bewirkt, während eine Bestromung eines am entgegengesetzten axialen Ende des jeweiligen Nockenträgers liegenden Aktuators eine Rückbewegung in die Ausgangsstellung und in der Folge eine Betätigung der zugehörigen Gaswechselventile über den jeweils anderen Nockenabschnitt hervorruft. - Ausgehend von dem vorstehend beschriebenen Stand der Technik ist es nun die Aufgabe der vorliegenden Erfindung, einen Ventiltrieb einer Brennkraftmaschine zur Verfügung zu stellen, bei welchem eine axiale Verschiebung eines jeweiligen Nockenträgers relativ zu einer Grundnockenwelle über einen hinsichtlich der Platzverhältnisse möglichst günstig platzierten Aktuator vorgenommen werden kann. Zudem sollte eine Steuerung dieser Relativverschiebung auf möglichst einfache Art und Weise darstellbar sein.
- Offenbarung der Erfindung
- Diese Aufgabe wird ausgehend vom Oberbegriff des Anspruchs 1 in Verbindung mit dessen kennzeichnenden Merkmalen gelöst. Die hierauf folgenden, abhängigen Ansprüche geben jeweils vorteilhafte Weiterbildungen der Erfindung wieder.
- Gemäß der Erfindung umfasst ein Ventiltrieb einer Brennkraftmaschine mindestens eine Grundnockenwelle, auf welcher mindestens ein Nockenträger drehfest und axial verschiebbar angeordnet ist. Dieser mindestens eine Nockenträger verfügt dabei über mindestens einen Nocken zur Betätigung eines je zugehörigen Gaswechselventils, wobei dieser mindestens eine Nocken zumindest in zwei axial nebeneinanderliegende Nockenabschnitte aufgeteilt ist, die bei gleichem Grundkreisdurchmesser mit unterschiedlichen Nockenerhebungen versehen sind. Der mindestens eine Nockenträger kann nun durch einen zugehörigen Aktuator über Stellmittel gezielt relativ zur Grundnockenwelle zwischen unterschiedlichen axialen Positionen verschoben werden, in welchen jeweils je einer der zumindest zwei Nockenabschnitte eine Ansteuerung des je zugehörigen Gaswechselventils vornimmt.
- Im Sinne der Erfindung sind dabei bevorzugt zwischen dem mindestens einen Nockenträger und der Grundnockenwelle radial über Federelemente vorgespannte Kugeln vorgesehen, von welchen jede in eine je einer axialen Position zugeordnete Nut am Nockenträger eintaucht und damit den Nockenträger bis zu einer erneuten über die Stellmittel stattfindenden Verschiebung in dieser Position hält. Erfindungsgemäß handelt es sich bei dem Ventiltrieb zudem bevorzugt um einen Einzylindermotor eines Kraftrades, wobei bei diesem Ventiltrieb ein Einlassnocken axial in zwei Nockenabschnitte unterteilt auf einem axial verschiebbaren Nockenträger ausgestaltet ist, der dann gezielt axial zu der Nockenwelle verschoben werden kann.
- Die Erfindung umfasst nun die technische Lehre, dass die Stellmittel zumindest ein dem mindestens einen Nockenträger zugeordnetes, stangenartiges Schubelement umfassen, welches innerhalb der Grundnockenwelle axial verschiebbar verläuft und starr mit dem mindestens einen Nockenträger verbunden ist. Des Weiteren ist der zugehörige Aktuator im endseitigen Bereich der Grundnockenwelle angeordnet und steht mit dem zumindest einen Schubelement derartig in Wirkverbindung, dass eine Stellbewegung des Aktuators in eine Relativverschiebung des zumindest einen Schubelements zur Grundnockenwelle und damit in eine Verschiebung des mindestens einen Nockenträgers zwischen den axialen Positionen umsetzbar ist. Ferner erzeugt der zugehörige Aktuator die Stellbewegung rein mechanisch in Abhängigkeit einer Drehzahl der Grundnockenwelle.
- Mit anderen Worten verfügen die Stellmittel also über mindestens ein stangenähnliches Element, welches innerhalb der Grundnockenwelle verläuft, wobei dieses Bauteil drehfest, aber axial verschiebbar zur Grundnockenwelle angeordnet ist und an einem Ende mit dem zugehörigen Nockenträger in Verbindung steht. Des Weiteren wird bei einer Stellbewegung des Aktuators, welcher an einem Ende der Grundnockenwelle platziert ist, eine Relativverschiebung des stangenförmigen Schubelements zur Grundnockenwelle hervorgerufen, was aufgrund der starren Koppelung zwischen Schubelement und Nockenträger in einer Verschiebung des Nockenträgers zur Grundnockenwelle resultiert, so dass der Nockenträger aus einer seiner axialen Positionen auf der Grundnockenwelle in eine andere Position bewegt wird. Die Stellbewegung wird dabei durch den Aktuator drehzahlabhängig dargestellt.
- Die Anordnung des zugehörigen Aktuators im endseitigen Bereich der Grundnockenwelle hat hierbei den Vorteil, dass aufgrund der dortigen Platzverhältnisse im Vergleich zur Anordnung entlang der Grundnockenwelle ein problemloses Unterbringen des zugehörigen Aktuators möglich ist. Gleichzeitig kann aber über das innerhalb der Grundnockenwelle verlaufende, mindestens eine Schubelement eine sichere Übertragung einer Stellbewegung des Aktuators auf den jeweiligen Nockenträger gewährleistet werden. Denn durch das drehfest mit der Grundnockenwelle umlaufende und hierzu axial relativ verschiebbare Schubelement kann die Stellbewegung äußerst kompakt zu der gewünschten Stelle der Grundnockenwelle geführt werden. Mittels der rein mechanischen Erzeugung der Stellbewegung in Abhängigkeit der Drehzahl kann ferner eine einfache Steuerung zur Darstellung der axialen Verschiebungen des jeweiligen Nockenträgers zur Grundnockenwelle verwirklicht werden, was den erfindungsgemäßen Ventiltrieb für Brennkraftmaschinen ohne Steuerelektronik geeignet macht. So kann insbesondere bei Einzylindermotoren von Krafträdern eine drehzahlabhängige Variation von Öffnungszeiten und/oder Ventilhüben eines oder mehrerer Gaswechselventile ohne Vorsehen einer entsprechenden Steuerelektronik dargestellt werden.
- Im Unterschied hierzu sind bei der
DE 10 2004 011 586 A1 Aktuatoren zur Einleitung der axialen Relativbewegungen eines jeweiligen Nockenträgers entlang der Grundnockenwelle und unmittelbar im Bereich des jeweiligen Nockenträgers platziert, was aufgrund der in diesem Bereich vorherrschenden Bauraumverhältnisse nicht unproblematisch ist. Zudem wird die jeweilige Stellbewegung über je einen elektrischen Aktuator hervorgerufen, so dass eine entsprechende Steuerelektronik notwendig ist. - Im Sinne der Erfindung ist unter einem stangenartigen Schubelement ein längliches Bauteil zu verstehen, welches innerhalb der Grundnockenwelle verläuft. Dieses Schubelement kann dabei dann als Vollstange oder auch als Rohr ausgeführt sein. Des Weiteren ist dieses Schubelement bevorzugt parallel zur Grundnockenwelle, insbesondere aber koaxial zu dieser vorgesehen. Ferner wird die starre Koppelung mit dem jeweiligen auf der Grundnockenwelle vorgesehenen Nockenträger bevorzugt über einen radial verlaufenden Stift hergestellt, welcher das Schubelement durchdringt und dessen Enden dann jeweils innerhalb des Nockenträgers liegen.
- Abgesehen von einem Einzylindermotor ist auch eine Verwendung des erfindungsgemäßen Ventiltriebs bei einer mehrzylindrigen Brennkraftmaschine denkbar, wobei dann entsprechend für die Gaswechselventile der einzelnen Zylinder je zugeordnete Nockenträger vorgesehen sind, welche über einen oder mehrere zugeordnete Aktuatoren im stirnseitigen Bereich der jeweiligen Grundnockenwelle über je zugehörige Schubelemente gezielt relativ zur Grundnockenwelle verschoben werden können. Diese mehreren Schubelemente verlaufen dann bevorzugt koaxial zueinander verlaufen und sind zu diesem Zweck als Voll- und Hohlprofile ausgeführt.
- Entsprechend einer vorteilhaften Ausführungsform der Erfindung ist die Stellbewegung des Aktuators in gegensätzlich zueinander orientierte Hubbewegungen je zweier dem zumindest einen Schubelement zugeordneter Stellstifte umsetzbar, welche dabei jeweils Bewegungen zwischen einer jeweiligen Grundstellung und einer jeweiligen Betätigungsstellung ausführen. Dabei laufen die Stellstifte jeweils in ihrer jeweiligen Betätigungsstellung an je einer zugehörigen, in axialer Richtung veränderlichen Schaltkulisse des zumindest einen Schubelements an, so dass eine gemeinsam mit der Grundnockenwelle ausgeführte Rotation des zumindest einen Schubelements in eine der je zugehörigen Schaltkulisse entsprechende Relativverschiebung umsetzbar ist. Die Relativverschiebung des Schubelements gegenüber der Grundnockenwelle wird also dadurch erreicht, dass das Schubelement mit Schaltkulissen versehen ist, welche jeweils in axialer Richtung veränderlich ausgestaltet sind und die jeweils gezielt mit einem je zugehörigen Stellstift in Kontakt gebracht werden können. Bei Kontakt der jeweiligen Schaltkulisse mit dem jeweiligen Stellstift bewirkt dann die axial veränderliche Kontur der jeweiligen Schaltkulisse beim Anlaufen des zugehörigen Stellstifts die Relativverschiebung des Schubelements. Dabei ist für jede der beiden Verschiebungsrichtungen des Schubelements je ein Stellstift vorgesehen, welcher über den Aktuator zwischen zwei Endstellungen bewegbar ist, wobei die Stellstifte zwischen diesen Endstellungen gegensätzlich zueinander orientierte Hubbewegungen ausführen. Somit bewegt sich der eine Stellstift aus seiner Grundstellung in die Betätigungsstellung, während der andere Stellstift aus seiner Betätigungsstellung in seine Grundstellung überführt wird.
- Dementsprechend kann auf einfache Art und Weise eine Stellbewegung des Aktuators in die gewünschte Relativverschiebung des Schubelements zur Grundnockenwelle umgesetzt werden, wobei durch entsprechende Gestaltung der Schaltkulissen in axialer Richtung dabei gewährleistet werden kann, dass diese Relativverschiebung nur in der Grundkreisphase des Nockens stattfindet. Somit wird ein problemloser Wechsel von dem einen Nockenabschnitt mit einer Nockenerhebung auf einen axial benachbart liegenden Nockenabschnitt mit einer hierzu abweichenden Nockenerhebung vollzogen.
- In Weiterbildung der vorgenannten Ausführung sind die je zwei Stellstifte durch je eine gemeinsame Wippe geführt, welche drehbar um eine Kippachse gelagert ist und beidseitig der Kippachse die je zwei Stellstifte anlenkt. Die je eine Wippe steht zudem mit dem Aktuator in Verbindung und führt bei dessen Stellbewegung eine Kippbewegung um die Kippachse aus, welche die gegensätzlich zueinander orientierten Hubbewegungen der Stellstifte bewirkt. Vorteilhafterweise kann durch die beidseitig der Kippachse vorgesehene Anlenkung der Stellstifte über die Wippe die gegensätzlich zueinander orientierte Hubbewegung auf einfache Weise realisiert werden.
- Entsprechend einer Weiterbildung der vorgenannten Ausgestaltung führt die je eine Wippe die Kippbewegung entgegen einem je zugeordneten Federelement aus, welches die je eine Wippe in eine Stellung vorspannt, in der sich einer der je zwei Stellstifte in seiner Betätigungsstellung und der jeweils andere in seiner Grundstellung befindet. Mittels einer derartigen Ausführungsform der Erfindung wird gewährleistet, dass einer der beiden Stellstifte stets in der Betätigungsstellung positioniert ist und dementsprechend bei fehlender Betätigung über den Aktuator das Schubelement in einer eine Position des zugehörigen Nockenträgers definierenden Stellung verbleibt, während eine Änderung dieses Zustands erst ab Überwinden der Federkraft durch Verkippen der Wippe und Überführen der beiden Stellstifte in die jeweils entgegengesetzte Stellung eingeleitet wird. Bevorzugt ist das zugeordnete Federelement dabei koaxial zu einem Stellstift vorgesehen, welcher in die Betätigungsstellung vorgespannt ist, und als Druckfeder ausgeführt. Ebenso gut ist jedoch auch eine anderweitige Anordnung, beispielsweise eine direkte Angliederung des zugeordneten Federelements an der Wippe, oder eine andere Ausgestaltung des Federelements denkbar.
- Erfindungsgemäß sind ferner gegen die je eine Wippe zwei Kugeln einer zugehörigen Rastierung vorgespannt, wobei eine der Kugeln in der jeweiligen Betätigungsstellung eines der je zwei Stellstifte in eine zugehörige Nut der je einen Wippe einfasst, während die jeweils andere Kugel in der jeweiligen Betätigungsstellung des jeweils anderen Stellstifts mit einer je zugeordneten Nut an der je einen Wippe in Überdeckung gelangt. Mit anderen Worten wird also in den Betätigungsstellungen der Stellstifte je eine Kugel der Rastierung in je eine zugeordnete Nut an der Wippe eingedrückt, so dass die Wippe in dieser jeweiligen Lage gehalten wird. Hierdurch wird verhindert, dass die Wippe ungewollte Stellungen zwischen diesen beiden definierten Positionen einnimmt, was ansonsten auch in einer Positionierung der Stellstifte zwischen der jeweiligen Grundstellung und der jeweiligen Betätigungsstellung resultieren würde. Über die Rastierung wird durch die jeweils aktuell in die zugehörige Nut eingedrückte Kugel einem Verlassen dieser Position ein Widerstand entgegengesetzt, während bei einem über den Aktuator erzwungenen Positionswechsel die Einnahme der entgegengesetzten Endstellung durch Einlaufen der jeweils anderen Kugel in die zugehörige Nut unterstützt wird.
- Gemäß einer weiteren, vorteilhaften Ausführungsform der Erfindung steht die je eine Wippe mit dem Aktuator über einen schwenkbar um eine Schwenkachse gelagerten Hebel in Verbindung, welcher an einem auf einer Seite der Schwenkachse liegenden Hebelarm mit dem Aktuator gekoppelt ist und mit einem auf einer entgegengesetzten Seite der Schwenkachse platzierten Hebelarm an der je einen Wippe angreift. Hierdurch wird die Stellbewegung des Aktuators durch den Hebel in die Kippbewegung der je einen Wippe umgesetzt, wobei über diesen Hebel dabei ein entsprechender Zwischenraum zwischen dem Aktuator und der Wippe zur Übertragung der Stellbewegung überbrückt werden kann. So kann bei Anordnung des Aktuators im Bereich der Grundnockenwelle eine translatorische Stellbewegung des Aktuators über den Hebel und dessen Verschwenken problemlos auf die beabstandet hierzu angeordnete Wippe geleitet werden.
- In Weiterbildung der Erfindung führt die je eine Wippe den jeweiligen Stellstift über je einen in einem Langloch der Wippe verlaufenden Querstift an. Durch diesen Querstift im Zusammenspiel mit dem Langloch der Wippe kann der Querstift eine leichte Ausgleichsbewegung in der Wippe bei Übertragen der Kippbewegung der Wippe auf den jeweiligen Stellstift ausführen, so dass der jeweilige Stellstift stets entlang seiner jeweiligen Hubachse geführt wird.
- Entsprechend einer weiteren Ausgestaltung ist die je zugehörige Schaltkulisse durch eine axial orientierte Steuerrampe ausgestaltet, welche umlaufend an einer axialen Flanke einer zugehörigen Scheibe definiert ist. Diese zugehörige Scheibe ist dann drehfest mit dem zumindest einen Schubelement verbunden. Insbesondere ist dabei nur je eine Scheibe auf dem zumindest einen Schubelement aufgesetzt, welche an beiden axialen Flanken durch Steuerrampen die zugehörigen Schaltkulissen der Steuerstifte ausbildet. Im letztgenannten Fall können durch die eine Scheibe mit den entgegengesetzt orientierten Steuerrampen im Zusammenspiel mit den je zugehörigen Stellstiften die gewünschten Relativverschiebungen des Schubelements zur Grundnockenwelle zuverlässig dargestellt werden. Die axial orientierten Steuerrampen sind dabei in Umfangsrichtung derartig zu gestalten, dass die jeweils zugehörige Relativverschiebung des Schubelements zur Grundnockenwelle in der Grundkreisphase des zu bewegenden Nockens stattfindet.
- Erfindungsgemäß ist der Aktuator derartig ausgestaltet, dass eine Außenhülse koaxial zur Grundnockenwelle vorgesehen und drehfest mit dieser verbunden ist, wobei diese Außenhülse axial zu der Grundnockenwelle verschoben werden kann und axial fixierte, aber radial bewegliche Kugeln umschließt. Dabei laufen die Kugeln an einem Innenkonus der Außenhülse an und führen entsprechend einer durch eine Rotation von Grundnockenwelle und Außenhülse hervorgerufenen Fliehkraft eine radiale Bewegung aus, welche über den Innenkonus in eine die Stellbewegung des Aktuators darstellende Axialbewegung der Außenhülse umsetzbar ist. Die axial fixierten und radial beweglichen Kugeln wandern also bei Rotation der Grundnockenwelle unter Einwirkung der Fliehkraft nach radial außen, wobei diese Radialbewegung durch Abrollen am Innenkonus eine entsprechende Axialbewegung der Außenhülse zur Grundnockenwelle bewirkt. Mittels einer derartigen Ausgestaltung der Erfindung kann eine Stellbewegung des Aktuators auf rein mechanische Art und Weise in Abhängigkeit einer Drehzahl der Grundnockenwelle hervorgerufen werden. Die axiale Fixierung der zwischenliegenden Kugeln wird dabei insbesondere dadurch erreicht, dass ebenfalls koaxial zur Grundnockenwelle eine Innenhülse des Aktuators vorgesehen ist, welche die Kugeln in der einen axialen Richtung an einer Bewegung hindert, während in der anderen axialen Richtung der Innenkonus der Außenhülse ein axiales Ausweichen der Kugeln unterbindet.
- Die Erfindung ist nicht auf die angegebene Kombination der Merkmale des Hauptanspruchs oder der abhängigen Ansprüche beschränkt. Es ergeben sich darüber hinaus Möglichkeiten einzelne Merkmale, auch soweit sie aus den Ansprüchen, der nachfolgenden Beschreibung einer Ausführungsform oder unmittelbar aus den Zeichnungen hervorgehen, miteinander zur kombinieren. Die Bezugnahme der Ansprüche auf die Zeichnungen durch Verwendung von Bezugszeichen soll den Schutzumfang der Ansprüche nicht beschränken.
- Eine bevorzugte Ausführungsform der Erfindung wird nachfolgend anhand der beiliegenden Zeichnungen näher erläutert. Diese zeigen:
-
1 eine perspektivische Ansicht eines Teils eines erfindungsgemäßen Ventiltriebs einer Brennkraftmaschine; -
2 eine Schnittansicht des Ventiltriebs aus1 , geschnitten entlang der Linie A-A in3 ; und -
3 eine weitere Schnittansicht des Ventilantriebs aus1 , geschnitten entlang der Linie B-B in2 . - Ausführliche Beschreibung der Zeichnungen
- Aus
1 geht eine perspektivische Ansicht eines Teils eines Ventiltriebs einer Brennkraftmaschine hervor, bei welcher es sich bevorzugt um einen Einzylindermotor eines Kraftrades handelt. Dieser Ventiltrieb ist dabei aus Gründen der Übersichtlichkeit nur teilweise dargestellt und umfasst eine Grundnockenwelle1 , die über Wälzlagerungen2 und3 in einem – nicht weiter dargestellten – Zylinderkopf der Brennkraftmaschine drehbar gelagert ist und zum Antrieb über ein Antriebsrad4 mit einer Kurbelwelle der Brennkraftmaschine in Verbindung steht Das Antriebsrad4 kann hierbei entweder ein Zugmittel, wie einen Zahnriemen oder eine Kette führen, oder mit einem Zahnrad auf der Kurbelwelle im Zahneingriff stehen. - Zwischen den beiden Wälzlagerungen
2 und3 verfügt die Grundnockenwelle1 des Weiteren über zwei Nocken5 und6 , über welche jeweils eine Drehbewegung der Grundnockenwelle1 über zwischenliegende, nicht weiter dargestellte Nockenfolger in Ventilhübe je zugeordneter, vorliegend ebenfalls nicht illustrierter Gaswechselventile umgesetzt wird. Dabei stellt der Nocken5 einen Einlassnocken der Grundnockenwelle1 und der Nocken6 einen Auslassnocken der Grundnockenwelle1 dar. Wie zudem insbesondere in Kombination mit der Schnittansicht aus2 zu erkennen ist, ist der Nocken6 einstückig mit der Grundnockenwelle1 ausgebildet, während der Nocken5 auf einem Nockenträger7 vorgesehen ist, welcher als separates Bauteil drehfest und axial verschiebbar auf der Grundnockenwelle1 platziert ist. Diese drehfeste und axial verschiebbare Anordnung des Nockenträgers7 wird hierbei beispielsweise in Form einer Keilwellenverbindung realisiert. - Als weitere Besonderheit ist der Nocken
5 zudem in zwei axial nebeneinanderliegende Nockenabschnitte8 und9 unterteilt, welche einander in einem Grundkreisdurchmesser entsprechen, aber unterschiedlich gestaltete Nockenerhebungen aufweisen, was andeutungsweise aus der perspektivischen Ansicht in1 hervorgeht, in welcher beim Nockenabschnitt8 im Unterschied zum Nockenabschnitt9 bereits eine Nockenerhebung zu erkennen ist. Das dem Nocken5 zugeordnete Gaswechselventil kann nun entweder entsprechend dem Nockenabschnitt8 oder aber entsprechend dem Nockenabschnitt9 betrieben werden, indem der jeweilige Nockenabschnitt8 bzw.9 durch axiales Verschieben des Nockenträgers7 relativ zur Grundnockenwelle1 axial zum jeweiligen Nockenfolger positioniert wird. Der Nockenträger7 kann dementsprechend zwei axiale Positionen relativ zur Grundnockenwelle1 einnehmen, wobei in der einen axialen Position der Nockenabschnitt8 mit dem jeweiligen Nockenfolger in Kontakt steht, während in der anderen axialen Position der Nockenfolger an dem Nockenabschnitt9 anläuft. Ein Wechsel zwischen den axialen Positionen des Nockenträgers7 und damit eine Variation der Betätigung des zugehörigen Gaswechselventils kann dabei in der Grundkreisphase des Nockens5 vollzogen werden, wobei entsprechend der Gestaltung der jeweiligen Nockenerhebungen der Nockenabschnitte8 und9 dann durch diesen Wechsel eine Veränderung des Ventilhubes und/oder der Öffnungsdauer des zugehörigen Gaswechselventils herbeigeführt werden kann. - Eine gezielte axiale Verschiebung des Nockenträgers
7 zwischen den beiden axialen Positionen wird nun über einen Aktuator10 in Abhängigkeit einer Drehzahl der Grundnockenwelle1 vorgenommen, wobei dieser Aktuator10 an einem Ende der Grundnockenwelle1 koaxial zu dieser vorgesehen ist und eine Stellbewegung erzeugen kann, welche über zwischenliegende Stellmittel auf den Nockenträger7 übertragbar ist. Hierbei umfassen die Stellmittel ein innerhalb der Grundnockenwelle1 verlaufendes Schubelement11 , das vorliegend als koaxial zur Grundnockenwelle1 verlaufende Schubstange ausgestaltet ist und bei drehfester Verbindung mit der Grundnockenwelle1 axial zu dieser verschoben werden kann. Eine derartige Relativverschiebung zur Grundnockenwelle1 wird dabei über einen quer durch das Schubelement11 hindurchgeführten Stift12 auf den Nockenträger7 übertragen, indem Enden des Stifts12 jeweils innerhalb des Nockenträgers7 liegen und dem Stift12 in der Grundnockenwelle1 eine entsprechende Bewegungsmöglichkeit in Form eines quer verlaufenden Langlochs13 eingeräumt ist. - Zur Einleitung der Relativverschiebung des Schubelements
11 zur Grundnockenwelle1 steht das Schubelement11 auf Seiten des Aktuators10 mit einem Ende über das dortige Ende der Grundnockenwelle1 hervor und trägt an diesem Ende eine Scheibe14 , welche sich aus einer drehfest auf dem Schubelement11 befestigten Distanzhülse15 und einer radial hierauf aufgebrachten Steuerhülse16 zusammensetzt. Die Steuerhülse16 verfügt dabei über in axialer Richtung orientierte Steuerrampen17 und18 , die jeweils an axialen Flanken der Scheibe14 ausgebildet sind und jeweils eine in axialer Richtung veränderliche Schaltkulisse definieren. Die Relativverschiebung des Schubelements11 wird nun durch Zusammenspiel dieser Steuerrampen17 und18 mit je zugehörigen Stellstiften19 und20 hervorgerufen, von welchen der Stellstift19 an der Steuerrampe17 und der Stellstift20 an der Steuerrampe18 durch Verschieben aus einer jeweiligen Grundstellung in eine jeweilige Betätigungsstellung anläuft. In Folge des dann stattfindenden Entlanggleitens der jeweiligen Steuerrampe17 bzw.18 an dem je zugehörigen Stellstift19 bzw.20 wird bei der gemeinsamen Rotation des Schubelements11 mit der Grundnockenwelle1 eine dem axialen Verlauf der jeweiligen Steuerrampe17 bzw.18 entsprechende Bewegung des Schubelements11 erzwungen. Es wird also eine Hubbewegung des jeweiligen Stellstifts19 bzw.20 in die Betätigungsstellung durch den dann stattfindenden Kontakt mit der je zugehörigen Steuerrampe17 bzw.18 in eine entsprechende Axialverschiebung des Schubelements11 umgesetzt. - Wie nun insbesondere aus
2 ersichtlich ist, sind die beiden Stellstifte19 und20 durch eine gemeinsame Wippe21 geführt, welche drehbar um eine Kippachse22 gelagert ist und die beiden Stellstifte19 und20 beiderseits dieser Kippachse22 über Querstifte23 und24 anlenkt. Die Querstifte23 und24 verlaufen dabei in einem jeweiligen Langloch25 bzw.26 der Wippe21 , so dass die Querstifte23 und24 bei einer Kippbewegung der Wippe21 und bei Führen der Stellstifte19 und20 entlang einer jeweiligen Hubachse eine Ausgleichsbewegung in dem jeweiligen Langloch25 bzw.26 ausführen können. - Wie des Weiteren insbesondere aus
2 ersichtlich ist, ist koaxial zu dem Stellstift20 ein Federelement27 vorgesehen, welches den Stellstift20 in seine, aus2 ersichtliche Betätigungsstellung vorspannt, was dann aufgrund der gemeinsamen Führung über die Wippe21 auch eine Vorspannung des Stellstifts19 in seine Grundstellung zur Folge hat. Um nun den Stellstift19 in die Betätigungsstellung und damit den Stellstift20 in die Grundstellung überführen zu können, was eine Relativverschiebung des Schubelements11 und damit auch des Nockenträgers7 zur Grundnockenwelle1 aus der in2 ersichtlichen Position zur Folge hat, greift ein Hebel28 mit einem Querstift29 exzentrisch zur Kippachse22 an der Wippe21 an. Dieser Querstift29 wird dabei im endseitigen Bereich eines Hebelarmes30 des Hebels28 geführt, welcher auf einer Seite einer Schwenkachse31 des Hebels28 liegt, wohingegen der Hebel28 mit einem auf einer entgegengesetzten Seite der Schwenkachse31 platzierten Hebelarm32 mit dem Aktuator10 in Kontakt steht. Dementsprechend wird eine axiale Stellbewegung des Aktuators10 durch Schwenken des Hebels28 um die Schwenkachse31 auf die Wippe21 übertragen, welche daraufhin den Stellstift20 in Richtung seiner Grundstellung und den Stellstift19 in Richtung seiner Betätigungsstellung entgegen dem Federelement27 bewegt. - Um dabei allerdings Zwischenstellungen der Stellstifte
19 und20 zwischen ihren jeweiligen Grund- und Betätigungsstellungen zu vermeiden, was ansonsten im Übergangsbereich auch zu einem Anlaufen beider Stellstifte19 und20 an ihren zugehörigen Steuerrampen17 und18 und dementsprechend eine Verspannung des Systems zur Folge haben würde, ist die Wippe21 mit einer Rastierung33 versehen, deren Aufbau insbesondere aus der weiteren Schnittansicht in3 hervorgeht. Diese Rastierung33 umfasst dabei zwei Kugeln34 und35 , welche beiderseits der Wippe21 liegend vorgesehen sind und jeweils über zugehörige Druckfedern36 und37 gegen die zwischenliegende Wippe21 vorgespannt sind. Die Wippe21 ist dabei auf den Kugeln34 und35 jeweils zugewendeten Oberflächen mit je einer Nut38 und39 versehen, von welchen die Nut38 mit der Kugel34 in der Betätigungsstellung des Stellstifts19 in Überdeckung gelangt, während die Kugel35 in die ihr zugewendete Nut39 in der Betätigungsstellung des Stellstifts20 einfasst, wie im vorliegenden Fall geschehen. Die Rastierung33 hält somit die Wippe21 über die Kugeln34 und35 jeweils in den Betätigungsstellungen der Stellstifte19 und20 und verhindert ein ungewolltes Verlassen dieser Positionen. Wird die Wippe allerdings aktiv aus der Position bewegt, in welcher sie über die Kugel34 bzw.35 gehalten wird, so unterstützt ein Einlaufen der jeweils anderen Kugel35 bzw.34 in die je zugehörige Nut39 bzw.38 ein Kippen der Wippe21 in die je zugehörige, eine Betätigungsstellung des zugehörigen Stellstifts19 bzw.20 definierende Position. - Schließlich ist insbesondere aus
2 auch ein genauerer Aufbau des Aktuators10 ersichtlich, über welchen rein mechanisch eine Stellbewegung in Abhängigkeit der Drehzahl der Grundnockenwelle1 hervorrufbar ist. Dieser Aktuator verfügt dabei über eine koaxial zur Grundnockenwelle1 vorgesehene Außenhülse40 , welche über eine radial innenliegende Innenhülse41 drehfest mit der Grundnockenwelle1 gekoppelt ist und gegenüber der Grundnockenwelle1 axiale Bewegungen ausführen kann. Dabei nehmen die Innenhülse41 und die Außenhülse40 zwischen sich mehrere Kugeln42 auf, welche über die Innenhülse und einen Innenkonus43 der Außenhülse40 jeweils axial in Position gehalten werden, aber in der Lage sind, radiale Bewegungen auszuführen. Eine Stellbewegung des Aktuators10 wird nun dadurch in Abhängigkeit der Drehzahl der Grundnockenwelle1 erzeugt, indem die Innenhülse41 und die Außenhülse40 und damit auch die Kugeln42 gemeinsam mit der Grundnockenwelle1 rotieren, wobei die Kugeln42 unter der damit auf sie wirkenden Fliehkraft eine radiale Bewegung ausführen und an dem Innenkonus43 der Außenhülse40 abrollen. Über den Innenkonus43 wird dementsprechend diese radiale Bewegung der Kugeln42 in eine Axialbewegung der Außenhülse40 umgesetzt. Zur Übertragung dieser Stellbewegung auf den Hebel28 und damit auf die Wippe21 steht die Außenhülse40 des Aktuators10 stirnseitig mit dem Hebelarm32 des Hebels28 in Kontakt. - Über den rein mechanischen, drehzahlbetätigten Aktuator
10 kann somit über den zwischenliegenden Hebel28 eine Kippbewegung der Wippe21 entgegen dem Federelement27 eingeleitet werden, wenn eine zur Überwindung der Federkraft des Federelements27 ausreichende Drehzahl an der Grundnockenwelle1 auftritt. Insbesondere ist eine Federkraft des Federelements27 dabei derartig gewählt, dass ein derartiges Überschreiten ab Verlassen eines Leerlaufbetriebs der Brennkraftmaschine gegeben ist. Folglich wird also eine Verschiebung des Schubelements11 und damit auch des Nockenträgers7 aus der in den Figuren dargestellten Stellung erst ab Betrieb der Brennkraftmaschine über der Leerlaufdrehzahl hervorgerufen, so dass dementsprechend eine drehzahlabhängige Betätigung des zugehörigen Gaswechselventils über den Nocken5 erfolgen und eine Verbrennungsstabilität, ein Kraftstoffverbrauch und Abgasemissionen im Leerlaufbetrieb positiv beeinflusst werden können. - Mittels der erfindungsgemäßen Ausgestaltung eines Ventiltriebs ist es somit möglich, auf rein mechanische und kompakte Art und Weise eine Hubumschaltung eines Gaswechselventils zwischen voneinander abweichenden Ventilhubkurven drehzahlabhängig durchzuführen.
- Bezugszeichenliste
-
- 1
- Grundnockenwelle
- 2
- Wälzlager
- 3
- Wälzlager
- 4
- Antriebsrad
- 5
- Nocken
- 6
- Nocken
- 7
- Nockenträger
- 8
- Nockenabschnitt
- 9
- Nockenabschnitt
- 10
- Aktuator
- 11
- Schubelement
- 12
- Stift
- 13
- Langloch
- 14
- Scheibe
- 15
- Distanzhülse
- 16
- Steuerhülse
- 17
- Steuerrampe
- 18
- Steuerrampe
- 19
- Stellstift
- 20
- Stellstift
- 21
- Wippe
- 22
- Kippachse
- 23
- Querstift
- 24
- Querstift
- 25
- Langloch
- 26
- Langloch
- 27
- Federelement
- 28
- Hebel
- 29
- Querstift
- 30
- Hebelarm
- 31
- Schwenkachse
- 32
- Hebelarm
- 33
- Rastierung
- 34
- Kugel
- 35
- Kugel
- 36
- Druckfeder
- 37
- Druckfeder
- 38
- Nut
- 39
- Nut
- 40
- Außenhülse
- 41
- Innenhülse
- 42
- Kugeln
- 43
- Innenkonus
- ZITATE ENTHALTEN IN DER BESCHREIBUNG
- Diese Liste der vom Anmelder aufgeführten Dokumente wurde automatisiert erzeugt und ist ausschließlich zur besseren Information des Lesers aufgenommen. Die Liste ist nicht Bestandteil der deutschen Patent- bzw. Gebrauchsmusteranmeldung. Das DPMA übernimmt keinerlei Haftung für etwaige Fehler oder Auslassungen.
- Zitierte Patentliteratur
-
- DE 102004011586 A1 [0003, 0011]
Claims (10)
- Ventiltrieb einer Brennkraftmaschine, umfassend mindestens eine Grundnockenwelle (
1 ), auf welcher mindestens ein Nockenträger (7 ) drehfest und axial verschiebbar angeordnet ist, wobei der mindestens eine Nockenträger (7 ) mindestens einen Nocken (5 ) zur Betätigung eines je zugehörigen Gaswechselventils aufweist, welcher in zumindest zwei axial nebeneinanderliegende Nockenabschnitte (8 ,9 ) aufgeteilt ist, die bei gleichem Grundkreisdurchmesser mit unterschiedlichen Nockenerhebungen versehen sind, wobei der mindestens eine Nockenträger (7 ) durch einen zugehörigen Aktuator (10 ) über Stellmittel relativ zur Grundnockenwelle (1 ) zwischen unterschiedlichen axialen Positionen verschiebbar ist, in welchen jeweils das je zugehörige Gaswechselventil über je einen zugeordneten der zumindest zwei Nockenabschnitte (8 ,9 ) ansteuerbar ist, dadurch gekennzeichnet, dass die Stellmittel zumindest ein dem mindestens einen Nockenträger (7 ) zugeordnetes, stangenartiges Schubelement (11 ) umfassen, welches innerhalb der Grundnockenwelle (1 ) axial verschiebbar verläuft und starr mit dem mindestens einen Nockenträger (7 ) verbunden ist, wobei der zugehörige Aktuator (10 ) im endseitigen Bereich der Grundnockenwelle (1 ) angeordnet ist und mit dem zumindest einen Schubelement (11 ) derartig in Wirkverbindung steht, dass eine Stellbewegung des Aktuators (10 ) in eine Relativverschiebung des zumindest einen Schubelements (11 ) zur Grundnockenwelle (1 ) und damit in eine Verschiebung des mindestens einen Nockenträger (7 ) zwischen den axialen Positionen umsetzbar ist, und wobei der zugehörige Aktuator (10 ) die Stellbewegung rein mechanisch in Abhängigkeit einer Drehzahl der Grundnockenwelle (1 ) erzeugt. - Ventiltrieb nach Anspruch 1, dadurch gekennzeichnet, dass die Stellbewegung des Aktuators (
10 ) in gegensätzlich zueinander orientierte Hubbewegungen je zweier dem zumindest einen Schubelement (11 ) zugeordneter Stellstifte (19 ,20 ) jeweils zwischen einer jeweiligen Grundstellung und einer jeweiligen Betätigungsstellung umsetzbar ist, wobei die Stellstifte (19 ,20 ) jeweils in der jeweiligen Betätigungsstellung an je einer zugehörigen, in axialer Richtung veränderlichen Schaltkulisse des zumindest einen Schubelements (11 ) anlaufen, so dass eine gemeinsam mit der Grundnockenwelle (1 ) ausgeführte Rotation des zumindest einen Schubelements (11 ) in eine der je zugehörigen Schaltkulisse entsprechende Relativverschiebung umsetzbar ist. - Ventiltrieb nach Anspruch 2, dadurch gekennzeichnet, dass die je zwei Stellstifte (
19 ,20 ) durch je eine gemeinsame Wippe (21 ) geführt sind, welche drehbar um eine Kippachse (22 ) gelagert ist und beidseitig der Kippachse (22 ) die je zwei Stellstifte (19 ,20 ) anlenkt, wobei die je eine Wippe (21 ) mit dem Aktuator (10 ) in Verbindung steht und bei dessen Schaltbewegung eine Kippbewegung um die Kippachse (22 ) ausführt, welche die gegensätzlich zueinander orientierten Hubbewegungen der je zwei Stellstifte (19 ,20 ) bewirkt. - Ventiltrieb nach Anspruch 3, dadurch gekennzeichnet, dass die je eine Wippe (
21 ) die Kippbewegung entgegen einem je zugeordneten Federelement (27 ) ausführt, welches die je eine Wippe (21 ) in eine Stellung vorspannt, in der sich einer der je zwei Stellstifte (20 ) in der jeweiligen Betätigungsstellung und der jeweils andere (19 ) in der jeweiligen Grundstellung befindet. - Ventiltrieb nach Anspruch 3, dadurch gekennzeichnet, dass gegen die je eine Wippe (
21 ) zwei Kugeln (34 ,35 ) einer zugehörigen Rastierung (33 ) vorgespannt sind, wobei eine der Kugeln (34 ) in der jeweiligen Betätigungsstellung eines (19 ) der je zwei Stellstifte (19 ,20 ) in eine zugehörige Nut (38 ) der je einen Wippe (21 ) einfasst, während die jeweils andere Kugel (35 ) in der jeweiligen Betätigungsstellung des jeweils anderen Stellstifts (20 ) mit einer zugeordneten Nut (39 ) an der je einen Wippe (21 ) in Überdeckung gelangt. - Ventiltrieb nach Anspruch 3, dadurch gekennzeichnet, dass die je eine Wippe (
21 ) mit dem Aktuator (10 ) über je einen schwenkbar um eine Schwenkachse (31 ) gelagerten Hebel (28 ) in Verbindung steht, welcher an einem auf einer Seite der Schwenkachse (31 ) liegenden Hebelarm (32 ) mit dem Aktuator (10 ) gekoppelt ist und mit einem auf einer entgegengesetzten Seite der Schwenkachse (31 ) platzierten Hebelarm (30 ) an der je einen Wippe (21 ) angreift, so dass die Stellbewegung des Aktuators (10 ) durch den je einen Hebel (28 ) in die Kippbewegung der je einen Wippe (21 ) umsetzbar ist. - Ventiltrieb nach Anspruch 3, dadurch gekennzeichnet, dass die je eine Wippe (
21 ) die je zwei Stellstifte (19 ,20 ) jeweils über je einen in einem Langloch (25 ,26 ) der Wippe (21 ) verlaufenden Querstift (23 ,24 ) anlenkt. - Ventiltrieb nach Anspruch 2, dadurch gekennzeichnet, dass die je zugehörige Schaltkulisse durch eine axial orientierte Steuerrampe (
17 ,18 ) ausgestaltet ist, welche umlaufend an einer axialen Flanke einer zugehörigen Scheibe (14 ) definiert ist, wobei die zugehörige Scheibe (14 ) drehfest mit dem zumindest einen Schubelement (11 ) verbunden ist. - Ventiltrieb nach Anspruch 8, dadurch gekennzeichnet, dass je eine Scheibe (
14 ) auf dem zumindest einen Schubelement (11 ) aufgesetzt ist, welche an beiden axialen Flanken durch Steuerrampen (17 ,18 ) die zugehörigen Schaltkulissen der Steuerstifte (19 ,20 ) ausbildet. - Ventiltrieb nach Anspruch 1, dadurch gekennzeichnet, dass der Aktuator (
10 ) eine koaxial zur Grundnockenwelle (1 ) vorgesehene und drehfest mit der Grundnockenwelle (1 ) verbundene Außenhülse (40 ) umfasst, die axial zu der Grundnockenwelle (1 ) verschiebbar ist und axial fixierte, aber radial bewegliche Kugeln (42 ) umschließt, wobei die Kugeln (42 ) an einem Innenkonus (43 ) der Außenhülse (40 ) anlaufen und entsprechend einer durch eine Rotation der Grundnockenwelle (1 ) hervorgerufenen Fliehkraft eine radiale Bewegung ausführen, welche über den Innenkonus (43 ) in eine entsprechende, die Stellbewegung des Aktuators (10 ) darstellende Axialbewegung der Außenhülse (40 ) umsetzbar ist.
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2011
- 2011-11-03 DE DE201110085705 patent/DE102011085705A1/de not_active Withdrawn
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