DE102011085709A1

DE102011085709A1 - Schaltbarer hebelartiger Nockenfolger für einen Ventiltrieb einer Brennkraftmaschine, sowie Ventiltrieb

Info

Publication number: DE102011085709A1
Application number: DE102011085709A
Authority: DE
Inventors: Michael Fleischer; Claudia Zielinski; Michael Bogner
Original assignee: Schaeffler Technologies AG and Co KG
Current assignee: Schaeffler Technologies AG and Co KG
Priority date: 2011-11-03
Filing date: 2011-11-03
Publication date: 2013-05-08

Abstract

Die Erfindung betrifft einen schaltbaren hebelartigen Nockenfolger (6), umfassend einen Außenhebel (11) und einen, zwischen parallelen Stegen (13, 14) des Außenhebels (11) verlaufenden Innenhebel (12). Dabei ist der Innenhebel (12) relativ zum Außenhebel (11) verschwenkbar und verfügt über eine durchgehende Querbohrung (30), welche in Abhängigkeit eines Schwenkwinkels des Innenhebels (12) zum Außenhebel (11) fluchtend mit beiderseits in den Stegen (13, 14) ausgebildeten Bohrungen (26, 27) des Außenhebels (11) in Überdeckung bringbar ist. Ferner ist zumindest in einer der Bohrungen (26, 27) je ein Sperrstift (24, 25) verschiebbar geführt, welcher in der fluchtenden Überdeckung der Bohrungen (26, 27) mit der Querbohrung (30) unter Einwirkung von Stellmitteln und entgegen Rückführmitteln gezielt axial in eine jeweilige Koppelstellung bewegbar ist. Zur rein mechanischen Einleitung dieser Koppelung umfassen die Stellmittel nun einen Steuerkörper (29) mit einer Steuerkontur (34), welcher außenliegend relativ beweglich zum Außenhebel (11) vorgesehen ist und über die Steuerkontur (34) mit dem je einen Sperrstift (24, 25) in der zumindest einen Bohrung (26, 27) mechanisch in Verbindung steht. Dabei ist die zumindest eine Bohrung (26, 27) hierzu durchgehend ausgeführt, wobei die Steuerkontur (34) bei einer Bewegung des Steuerkörpers (29) aus einer Grundposition in eine Betätigungsposition den je einen Sperrstift (24, 25) in die Koppelstellung überführt.

Description

Gebiet der Erfindung
Die Erfindung betrifft einen schaltbaren hebelartigen Nockenfolger für einen Ventiltrieb einer Brennkraftmaschine, umfassend einen Außenhebel und einen, zwischen parallelen Stegen des Außenhebels verlaufenden Innenhebel, wobei der Innenhebel relativ zum Außenhebel verschwenkbar ist und über eine durchgehende Querbohrung verfügt, welche in Abhängigkeit eines Schwenkwinkels des Innenhebels zum Außenhebel fluchtend mit beiderseits in den Stegen ausgebildeten Bohrungen des Außenhebels in Überdeckung bringbar ist, wobei zumindest in einer der Bohrungen je ein Sperrstift verschiebbar geführt ist, welcher in der fluchtenden Überdeckung der Bohrungen mit der Querbohrung unter Einwirkung von Stellmitteln und entgegen Rückführmitteln gezielt axial in eine jeweilige Koppelstellung bewegbar ist, in der der je eine Sperrstift in je einem Übergang von der zumindest einen Bohrung in die Querbohrung des Innenhebels positioniert ist und den Innenhebel hierdurch mit dem Außenhebel schwenkfest koppelt. Die Erfindung betrifft zudem einen Ventiltrieb einer Brennkraftmaschine, bei welchem ein erfindungsgemäßer Nockenfolger zur Anwendung kommt.
Stand der Technik
Derartige hebelartige Nockenfolger kommen im Bereich variabler Ventiltriebe von Brennkraftmaschinen zum Einsatz, um verschiedene Ventilhubkurven auf ein je zugehöriges Gaswechselventil übertragen zu können. Je nach konkreter Ausgestaltung des Ventiltriebes wird hierbei ein Hubumschaltungssystem ausgestaltet, bei welchem je nach Betriebspunkt der Brennkraftmaschine mindestens zwei verschiedene Ventilerhebungen über unterschiedliche Nockenkonturen darstellbar sind, oder ein Hubabschaltungssystem ausgebildet, bei dem eine Zylinderabschaltung durch komplette Entkoppelung des jeweiligen Gaswechselventils vom Nockenhub möglich ist. Letzteres System kommt insbesondere bei großvolumigen, vielzylindrigen Brennkraftmaschinen zur Anwendung. Entsprechend einer geläufigen Ausgestaltung setzt sich ein schaltbarer hebelartiger Nockenfolger dabei aus zwei Einzelhebeln zusammen, welche über einen Verriegelungsmechanismus entweder miteinander gekoppelt oder aber relativ zueinander verschwenkbar sind, so dass unterschiedlichen axial nebeneinander liegenden Nockenabschnitten eines Nockens gefolgt werden kann. Dabei findet dann entweder eine Betätigung eines Gaswechselventils entsprechend einer jeweiligen Nockenkontur des jeweiligen Nockenabschnitts statt oder es wird zur Hubabschaltung nur ein Relativverschwenken der Einzelhebel des Nockenfolgers ohne Übertragung auf das Gaswechselventil vorgenommen.
Aus der DE 10 2004 043 182 A1 geht ein schaltbarer hebelartiger Nockenfolger in Form eines schaltbaren Schlepphebels hervor, welcher sich aus einem Außenhebel und einem, zwischen parallelen Stegen des Außenhebels verlaufenden Innenhebel zusammensetzt, wobei der Außenhebel und der Innenhebel dabei relativ zueinander verschwenkbar sind. Der Innenhebel verfügt über eine durchgehende Querbohrung, welcher seitens der Stege des Außenhebels Bohrungen gegenüberliegen, wobei die Querbohrung mit den beiderseits liegenden Bohrungen des Außenhebels in einem bestimmten Schwenkwinkel des Innenhebels zum Außenhebel fluchtend in Überdeckung gebracht werden kann. In einer der Bohrungen ist dabei ein Sperrstift verschiebbar geführt, welcher mit einem in der Querbohrung des Innenhebels liegenden Schieber stirnseitig in Kontakt steht und auf einer, dem Schieber abgewandten Stirnseite über einen Hydraulikkanal mit Druck beaufschlagbar ist. Bei Druckbeaufschlagung des Sperrstifts wird der Sperrstift in eine Koppelstellung verschoben, in welcher er in einem Übergang von der zugehörigen Bohrung in die Querbohrung des Innenhebels positioniert ist. Bei Bewegung in die Koppelstellung verschiebt der Sperrstift dabei zudem den Schieber entgegen einer Feder, so dass der Schieber mit einem zum Sperrstift entgegengesetzten Ende in einen Übergang von der Querbohrung in die Bohrung des anderen Steges einfasst und an einem dort vorgesehenen Ringanschlag zum Anliegen kommt. Infolge der Platzierung des Sperrstifts in einem Übergang der Querbohrung in die Bohrung des einen Steges und des Schiebers im Übergang von der Querbohrung in die Bohrung des anderen Steges sind der Innenhebel und der Außenhebel dann schwenkfest miteinander gekoppelt, so dass eine Verschwenkbewegung des einen Hebels ein Mitbewegen des jeweils anderen Hebels zur Folge hat. Bei Beendigung der Druckbeaufschlagung des Sperrstifts werden der Sperrstift und der Schieber über die Feder wieder in die Ausgangslage zurückbewegt.
Ausgehend von dem vorstehend beschriebenen Stand der Technik ist es nun die Aufgabe der vorliegenden Erfindung, einen schaltbaren hebelartigen Nockenfolger zur Verfügung zu stellen, bei welchem eine schwenkfeste Koppelung eines Außenhebels mit einem Innenhebel rein mechanisch einleitbar bar.
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 vorteilhafte Weiterbildungen der Erfindung wieder. Ein Ventiltrieb, bei welchem ein erfindungsgemäßer Nockenfolger zur Anwendung kommt, geht aus den Ansprüchen 8 bis 10 hervor.
Gemäß der Erfindung umfasst ein schaltbarer hebelartiger Nockenfolger einen Außenhebel und einen, zwischen parallelen Stegen des Außenhebels verlaufenden Innenhebel. Dabei ist der Innenhebel relativ zum Außenhebel verschwenkbar und verfügt über eine durchgehende Querbohrung, welche in Abhängigkeit eines Schwenkwinkels des Innenhebels zum Außenhebel fluchtend mit beiderseits in den Stegen ausgebildeten Bohrungen des Außenhebels in Überdeckung gebracht werden kann. Zumindest in einer der Bohrungen ist dabei je ein Sperrstift verschiebbar geführt, welcher in der fluchtenden Überdeckung der Bohrungen mit der Querbohrung unter Einwirkung von Stellmitteln und entgegen Rückführmitteln gezielt axial in eine jeweiligen Koppelstellung bewegbar ist, in der der je eine Sperrstift in einem Übergang von der zumindest einen Bohrung in die Querbohrung des Innenhebels positioniert ist. Aufgrund dieser Positionierung wird dann der Innenhebel schwenkfest mit dem Außenhebel gekoppelt.
Im Sinne der Erfindung sind der Außenhebel und der Innenhebel dabei bevorzugt stets über ein Federelement, beispielsweise in Form einer Schenkelfeder, miteinander gekoppelt, um bei einer fehlenden Verriegelung der beiden Hebel über den je einen Sperrstift ein stetiges Anlaufen der Hebel an je zugehörigen Nockenabschnitten zu gewährleisten bzw. Massenkräfte des entriegelten Teils des Nockenfolger aufzunehmen. Je nach Einsatz des erfindungsgemäßen schaltbaren Nockenfolgers in einem Hubumschaltungs- oder einem Hubabschaltungssystem ist dabei entweder nur einer der beiden Hebel mit einer Nockenanlauffläche oder aber beide Hebel mit je einer entsprechenden Nockenanlauffläche zum Kontakt mit einem je zugehörigen Nockenabschnitt versehen. Besonders bevorzugt ist eine derartige Nockenanlauffläche dabei als Rolle ausgeführt, welche über ein Wälzlager auf dem je zugehörigen Hebel drehbar gelagert ist.
Die Erfindung umfasst die technische Lehre, dass die Stellmittel des Nockenfolgers einen Steuerkörper mit einer Steuerkontur umfassen, welche außenliegend relativ beweglich zum Außenhebel vorgesehen ist und über die Steuerkontur mit dem je einen Sperrstift in der zumindest einen Bohrung mechanisch in Verbindung steht. Dabei ist die zumindest eine Bohrung durchgehend ausgeführt, wobei die Steuerkontur bei einer Bewegung des Steuerkörpers aus einer Grundposition in eine Betätigungsposition relativ zum Außenhebel den je einen Sperrstift in die Koppelstellung überführt und damit die schwenkfeste Koppelung des Innenhebels mit dem Außenhebel bewirkt.
Mit anderen Worten werden die Stellmittel also durch einen Steuerkörper mit einer Steuerkontur gebildet, welcher außenliegend zum Außenhebel platziert ist und dabei Relativbewegungen zum Außenhebel ausführen kann. Die Steuerkontur des Steuerkörpers steht dabei mechanisch in Kontakt mit dem je einen Sperrstift in der zumindest einen Bohrung, wobei die Bohrung zu diesem Zweck als Durchgangsbohrung ausgestaltet ist. Über die Steuerkontur wird der je eine Sperrstift dann bei Bewegung des Steuerkörpers aus einer Grundstellung in eine Betätigungsstellung in die Koppelstellung überführt, in welcher über den je einen Sperrstift die schwenkfeste Koppelung des Innenhebels mit dem Außenhebel dargestellt wird.
Eine derartige Ausgestaltung eines schaltbaren, hebelartigen Nockenfolgers hat hierbei den Vorteil, dass durch die rein mechanische Steuerung der Verriegelungsmechanik ein robustes System mit einer niedrigen Störanfälligkeit geschaffen wird. Denn bei einer ansonsten üblicherweise zur Anwendung kommenden hydraulischen Steuerung eines gattungsgemäßen Nockenfolgers kann je nach Ölqualität das Problem auftreten, dass aufgrund von Verunreinigungen in dem Hydrauliköl eine Störung der Verriegelungsmechanik auftritt und damit die ordnungsgemäße Funktion des Nockenfolgers nicht mehr gegeben ist. Neben einer geringen Störanfälligkeit kann zudem auf kompakte Art und Weise über den mit der Steuerkontur versehenen Steuerkörper die gewünschte Schiebebewegung des je einen Sperrstifts in die Koppelstellung hervorgerufen werden.
Entsprechend einer vorteilhaften Ausführungsform der Erfindung ist der Steuerkörper orthogonal zu den Bohrungen gegenüber dem Außenhebel bewegbar und weist eine rampenartig ausgestaltete Steuerkontur auf, welche durch zwei parallel zu den Stegen des Außenhebels verlaufende Abschnitte mit einem zwischenliegenden, sich in Richtung der Stege erstreckenden Abschnitt definiert ist. Eine derartige Ausgestaltung des Steuerkörpers und insbesondere der Steuerkontur hat hierbei den Vorteil, dass somit die axiale Verschiebung des je einen Sperrstifts in der zugehörigen Bohrung zuverlässig hervorrufbar ist, indem über die rampenartige Ausgestaltung der Steuerkontur bei einer Bewegung des Steuerkörpers orthogonal zu den Bohrungen und damit auch zu dem je einen Sperrstift die Schiebebewegung des Sperrstifts bewirkt wird. Abgesehen davon ist jedoch im Rahmen der Erfindung prinzipiell auch eine Ausgestaltung des Steuerkörpers mit einer Steuerkontur denkbar, bei welcher der Steuerkörper eine Bewegung unter einem anderweitigen Winkel ausführt, wobei diese Bewegung durch entsprechende Gestaltung der Steuerkontur in die axiale Schiebebewegung des je einen Sperrstifts in der zumindest einen Bohrung umgesetzt wird. Unter anderem ist dabei auch eine zur Verschiebung des je einen Sperrstifts gleich gerichtete Bewegung des Steuerkörpers möglich, welche dann über die Steuerkontur entsprechend auf den je einen Sperrstift übertragen wird.
In Weiterbildung der Erfindung ist in beiden Bohrungen der Stege jeweils ein Sperrstift vorgesehen. Dabei können die Sperrstifte dann mechanisch durch die Steuerkontur des Steuerkörpers in einen jeweiligen Übergang von der je zugehörigen Bohrung in die Querbohrung des Innenhebels bewegt werden. Mit anderen Worten sind also in beiden Bohrungen und damit beiderseits der Querbohrung des Innenhebels verschiebbare Sperrstifte vorgesehen, welche über die gemeinsame Steuerkontur des Steuerkörpers bei Bewegung des Steuerkörpers relativ zum Außenhebel in die jeweiligen Koppelstellungen überführbar sind. Dabei verriegelt dann jeder Sperrstift in seiner jeweiligen Koppelstellung, welche durch Positionierung im Übergang von der jeweils zugehörigen Bohrung in die Querbohrung des Innenhebels definiert ist, seinerseits den Außenhebel schwenkfest mit dem Innenhebel. Mittels dieser beiderseitigen Koppelung kann eine symmetrische Betätigung der Sperrstifte erfolgen, was in einem Kräftegleichgewicht bei deren Betätigung über den Steuerkörper resultiert. Bevorzugt ist der Steuerkörper dabei als rahmenartig um den Außenhebel liegendes Bauteil ausgeführt, dessen Steuerkontur hinsichtlich einer Längsmittelachse des Außenhebels spiegelsymmetrisch beidseitig der Sperrstifte ausgebildet ist.
Alternativ dazu ist es im Rahmen der Erfindung jedoch prinzipiell auch denkbar, nur in einer der Bohrungen der Stege einen Sperrstift vorzusehen, welcher bei Verschiebung in die Koppelstellung bei der fluchtenden Überdeckung der Bohrungen mit der Querbohrung einen in der Querbohrung platzierten Schieber mit bewegt, welcher dann an einem, dem Sperrstift abgewandten stirnseitigen Ende in den Übergang der Querbohrung in die jeweils andere Bohrung hineinragt. Folglich wird auch in diesem Fall eine Koppelung des Innenhebels mit beiden Stegen des Außenhebels ausgestaltet.
Gemäß einer weiteren, vorteilhaften Ausgestaltung der Erfindung sind die Rückführmittel als zwischen den Sperrstiften und in der Querbohrung des Innenhebels liegende Druckfeder ausgeführt, welche die Sperrstifte gegen die Steuerkontur des Steuerkörpers vorspannt. Hierüber wird stets gewährleistet, dass die Sperrstifte an der Steuerkontur anliegen und in der Folgeauch nicht bei entsprechender Freigabe durch den Steuerkörper ungewollt in der jeweiligen Koppelstellung verbleiben, wodurch dann eine relative Verschwenkbarkeit der beiden Hebel zueinander gegeben ist. Bei Ausgestaltung des Nockenfolgers mit lediglich nur einem Sperrstift und einem Schieber ist jedoch auch eine Platzierung einer Druckfeder in der jeweils anderen, keinen Sperrstift führenden Bohrung denkbar, wobei der Schieber dann entgegen der Druckfeder über den Sperrstift verschoben wird.
In Weiterbildung der Erfindung ist zwischen der Druckfeder und jedem der Sperrstifte je eine Scheibe angeordnet, welche jeweils in der Querbohrung des Innenhebels geführt ist. Über diese je zwischenliegenden Scheiben wird einerseits ein Kontakt der Sperrstifte zu der zwischenliegenden Druckfeder sichergestellt und andererseits problemlos eine Querbewegung der Sperrstifte zu der Druckfeder beim entkoppelten Verschwenken der beiden Hebel zueinander gewährleistet.
Gemäß einer weiteren Ausführungsform der Erfindung steht der je eine Sperrstift mit je einem Betätigungsabschnitt auf einer dem Steuerkörper je zugewandten Seite über den Außenhebel aus der jeweiligen Bohrung vor. Hierdurch kann durch einfache Art und Weise der mechanische Kontakt des je einen Sperrstifts zu der Steuerkontur des Steuerkörpers hergestellt werden.
Im Sinne der Erfindung kommt der erfindungsgemäße Nockenfolger insbesondere bei einem Ventiltrieb einer Brennkraftmaschine zur Anwendung, dessen Nockenwelle über zumindest einen Nocken verfügt, wobei dieser zumindest einen Nocken axial in mehrere Nockenabschnitte mit gleichen Grundkreisdurchmessern und insgesamt zwei unterschiedlichen Nockenerhebungen unterteilt ist. Ein Öffnen und ein Schließen eines dem zumindest einen Nocken je zugeordneten Gaswechselventils ist dabei über den erfindungsgemäßen Nockenfolger steuerbar, indem der Außenhebel des Nockenfolgers an der einen Nockenerhebung und der Innenhebel an der jeweils anderen Nockenerhebung anläuft und eine Koppelung des Außen- und des Innenhebels über den Steuerkörper einleitbar ist. Der Ventiltrieb ist also als variabler Ventiltrieb ausgestaltet, bei welchem das dem zumindest einen Nocken je zugehöriges Gaswechselventil mit zwei verschiedenen Ventilerhebungen betreibbar ist. Dabei wird bei voneinander entkoppelten Hebeln des Nockenfolgers eine Ventilerhebung entsprechend einer niedrigeren Nockenerhebung und/oder kürzerer Eventlänge dargestellt, während bei der schwenkfesten Koppelung der beiden Hebel miteinander eine Ventilerhebung des Gaswechselventils entsprechend einer größeren Nockenerhebung und/oder einer größeren Eventlänge definiert wird.
Der erfindungsgemäße Nockenfolger ist dabei bevorzugt als schaltbarer Kipphebel ausgestaltet, indem sowohl der Innenhebel als auch der Außenhebel jeweils schwenkbar um eine gemeinsame Welle gelagert sind und einer der beiden Hebel in seinem Endbereich mit dem zugehörigen Gaswechselventil in Kontakt steht, während beide Hebel auf einer hierzu entgegengesetzten Seite der Welle an den je zugehörigen Nockenabschnitten des Nockens anlaufen. Abgesehen davon ist jedoch auch eine Ausgestaltung als schaltbarer Schlepphebel denkbar, wobei in diesem Fall dann die beiden Hebel an jeweils einem Ende um eine gemeinsame Welle schwenkbar gelagert sind, einer der beiden Hebel an einem entgegengesetzten Ende mit dem Gaswechselventil in Verbindung steht und beide Hebel in einem zwischenliegenden Bereich an den je zugehörigen Nockenabschnitten anlaufen.
Entsprechend einer Weiterbildung des vorgenannten Ventiltriebs ist der Steuerkörper mit einem nach außen vorstehenden, keilförmigen Ansatz versehen, welcher in Bewegungsrichtung des Steuerkörpers orientiert an einer rampenförmigen Stellkontur eines orthogonal ausgerichteten Stellgliedes geführt ist. Dieses Stellglied ist dabei relativ zum Steuerkörper axial bewegbar und verschiebt in Abhängigkeit einer axialen Bewegung durch Zusammenspiel zwischen dem keilförmigen Ansatz am Steuerkörper und der rampenförmigen Stellkontur den Steuerkörper zwischen seiner Grundposition und seiner Betätigungsposition. Vorteilhafterweise kann hierdurch auch auf rein mechanische Art und Weise eine axiale Verschiebung des Steuerkörpers eingeleitet werden, wobei über das Zusammenspiel zwischen dem keilförmigen Ansatz und der rampenförmigen Stellkontur eine axiale Stellbewegung des Stellgliedes kompakt in eine hierzu orthogonal gerichtete Verschiebung des Steuerkörpers umsetzbar ist.
Dabei ist das Stellglied bevorzugt über Federelemente schwimmend in einem axial verschiebbaren Aktuator aufgenommen. Über diese schwimmende Aufnahme des Stellgliedes in dem axial verschiebbaren Aktuator wird eine Hysteresefunktion ausgestaltet, welche in einem Übergangsbereich ein Verbleiben des Steuerkörpers zwischen seiner Grundposition und seiner Betätigungsposition verhindert. Besonders bevorzugt ist der axial verschiebbare Aktuator dabei durch ein Gehäuse ausgestaltet, welches mechanisch mit einem Gaszug der jeweiligen Brennkraftmaschine gekoppelt ist, so dass entsprechend eines Lastzustandes der Brennkraftmaschine eine Wahl einer der Nockenerhebungen und damit einer der Ventilhubkurven stattfindet.
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 von Ausführungsformen oder unmittelbar aus den Zeichnungen hervorgehen, miteinander zu kombinieren. Die Bezugnahme der Ansprüche auf die Zeichnungen durch Verwendung von Bezugszeichen soll den Schutzumfang der Ansprüche nicht beschränken.
Bevorzugte Ausführungsformen der Erfindung werden nachfolgend anhand der beiliegenden Zeichnungen näher erläutert. Diese zeigen:
1 eine perspektivische Teilansicht eines erfindungsgemäßen Ventiltriebes einer Brennkraftmaschine;
2 eine geschnittene Ansicht des Ventiltriebs aus 1, geschnitten durch eine Nockenwelle und einen schaltbaren Nockenfolger; und
3 eine weitere Schnittansicht des Ventiltriebs aus 1, geschnitten durch den schaltbaren Nockenfolger und einen Aktuator des Nockenfolgers.
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 Motorrads handelt. Der Ventiltrieb ist dabei aus Gründen der Übersichtlichkeit nur teilweise dargestellt und umfasst eine Nockenwelle 1, die über Wälzlagerungen 2 und 3 in einem – vorliegend nicht weiter dargestellten – Zylinderkopf der Brennkraftmaschine drehbar gelagert ist. Diese Nockenwelle 1 verfügt des Weiteren über einen Einlassnocken 4 und einen Auslassnocken 5, über welche jeweils eine Drehbewegung der Nockenwelle 1 in Ventilhübe je zugeordneter Gaswechselventile umgesetzt wird. Die Nocken 4 und 5 stehen dabei mit den Gaswechselventilen über zwischenliegende Nockenfolger in Verbindung, wobei vorliegend aus Gründen der Übersichtlichkeit nur ein Nockenfolger 6 des Einlassnockens 4 dargestellt ist, während ein Nockenfolger des Auslassnockens 5, sowie zugehörige Gaswechselventile beider Nocken 4 und 5 zeichnerisch weggelassen wurden.
Als Besonderheit können nun über den Einlassnocken 4 unterschiedliche Ventilhubkurven des zugeordneten Gaswechselventils dargestellt werden, indem der Einlassnocken 4 axial in mehrere Nockenabschnitte 7, 8 und 9 unterteilt ist. Dabei weisen die Nockenabschnitte 7 und 9 eine einander entsprechende Nockenkontur auf und definieren mit ihrer jeweiligen Nockenerhebung einen großen Ventilhub des zugehörigen Gaswechselventils, während der axial zwischenliegende Nockenabschnitt 8 zwar einen Grundkreisdurchmesser aufweist, welcher den Grundkreisdurchmessern der benachbart liegenden Nockenabschnitte 7 und 9 entspricht, aber eine niedrigere, auf dem Grundkreisdurchmesser aufbauende Nockenerhebung aufweist. Diese unterschiedlichen Nockenkonturen sind dabei auch insbesondere aus der Schnittansicht in 2 ersichtlich, in welcher die Nockenwelle 1 entlang ihrer Längsmittelachse und der Nockenfolger 6 des Einlassnockens 4 teilweise geschnitten dargestellt sind. Mittels der Aufteilung des Einlassnockens 4 in die Nockenabschnitte 7 bis 9 wird eine betriebspunktabhängige Ansteuerung des zugehörigen Gaswechselventils ermöglicht, wobei in einem Teillastbereich der Brennkraftmaschine eine Betätigung des Gaswechselventils entsprechend des Konturverlaufs des Nockenabschnitts 8 erfolgt, während die Nockenabschnitte 7 und 9 ein einem Volllastbetrieb der Brennkraftmaschine entsprechenden Ventilhub definieren.
Eine Hubumschaltung zwischen den beiden möglichen, unterschiedlichen Ventilerhebungen wird dabei über den zwischenliegenden Nockenfolger 6 entsprechend einer Steuerung über einen Aktuator 10 geregelt, wobei im Folgenden nun auf den genaueren Aufbau des Nockenfolgers 6 und das Zusammenspiel mit dem Aktuator 10 unter Zuhilfenahme der weiteren Schnittansicht in 3 näher eingegangen werden soll: Der schaltbare Nockenfolger 6 ist vorliegend hebelartig ausgestaltet und setzt sich aus einem Außenhebel 11 und einem Innenhebel 12 zusammen, wobei letzterer zwischen parallelen Stegen 13 und 14 des Außenhebels 11 verläuft und an einem Ende über eine Anlage 15 mit dem zugehörigen Gaswechselventil in Kontakt steht. Zudem läuft der Innenhebel 12 an einem, der Anlage 15 entgegengesetzten Ende über eine Rolle 16 am Nockenabschnitt 8 des Nockens 4 an, wobei die Rolle 16 dabei über ein – nicht dargestelltes – Wälzlager auf dem Innenhebel 12 drehbar gelagert ist. Hingegen führt der umliegende Außenhebel 11 zwei Rollen 17 und 18, welche beidseitig zur Rolle 16 jeweils drehbar auf dem Außenhebel 11 gelagert sind und von welchen die Rolle 17 am Nockenabschnitt 7 und die Rolle 18 am Nockenabschnitt 9 abrollt. Der Außenhebel 11 ist dabei als spanlos gefertigtes Umformteil ausgeführt, das in einem die Stege 13 und 14 ausbildenden Rahmen 19 Buchsen 20 und 21 zur Lagerung der Rollen 17 und 18 über – vorliegend nicht dargestellte – Wälzlager trägt.
Wie aus den 1 bis 3 ersichtlich ist, sind sowohl der Außenhebel 11 als auch der Innenhebel 12 jeweils drehbar um eine gemeinsame Welle 22 gelagert, wobei eine gemeinsame Drehachse 23 des Außenhebels 11 und auch des Innenhebels 12 dabei zwischen der Anlage 15 und dem Einlassnocken 4 der Nockenwelle 1 liegt. In der Folge ist der schaltbare, hebelartige Nockenfolger 6 vorliegend als schaltbarer Kipphebel ausgestaltet, bei welchem eine seitens der Nockenwelle 1 in den Innenhebel 12 eingeleitete Bewegung durch Kippen um die Drehachse 23 über die Anlage 15 auf das zugehörige Gaswechselventil übertragen wird.
Der Außenhebel 11 und der Innenhebel 12 sind dabei um die Drehachse 23 zudem relativ zueinander verschwenkbar, wobei diese Verschwenkbarkeit durch Koppelung der beiden Hebel 11 und 12 über eine Verriegelungsmechanik gesperrt werden kann. Im Falle der freien Verschwenkbarkeit kann der innere Hebel 12 ungehindert über die Rolle 16 dem Nockenabschnitt 8 und damit auch dessen Nockenerhebung folgen, so dass ein kleiner, dem Teillastbereich zugeordneter Ventilhub dargestellt wird. Der Außenhebel 11 wird dabei über eine, aus Gründen der Übersichtlichkeit nicht weiter dargestellte Feder mit den Rollen 17 und 18 an den Nockenabschnitten 7 und 9 gehalten, um ein Abheben des Außenhebels 11 von den Nockenabschnitten 7 und 9 zu verhindern. Bevorzugt ist diese Feder dabei als Schenkelfeder ausgestaltet, über welche sich der Außenhebel 11 am Innenhebel 12 abstützt.
Werden der Außenhebel 11 und der Innenhebel 12 hingegen schwenkfest miteinander gekoppelt, so wird ein Ventilhub entsprechend der Nockenerhebungen der Nockenabschnitte 7 und 9 des Einlassnockens 4 dargestellt, da der Innenhebel 12 durch die Koppelung mit dem Außenhebel 11 nun über die Rollen 17 und 18 den Nockenerhebungen der Nockenabschnitte 7 und 9 folgt. Dementsprechend wird über den Innenhebel 12 und die Anlage 15 ein großer Ventilhub hervorgerufen, welcher hinsichtlich eines an den Teillastbereich angrenzenden und bis zur Volllast reichenden Lastbereichs optimiert ist.
Wie insbesondere aus den beiden Schnittansichten in 2 und 3 ersichtlich ist, ist die Verriegelungsmechanik zwischen dem Außenhebel 11 und dem Innenhebel 12 durch Sperrstifte 24 und 25 gebildet, welche jeweils in je einer Bohrung 26 bzw. 27 der Buchse 20 bzw. 21 geführt sind und mit einer zwischenliegenden Druckfeder 28, sowie einem den Außenhebel 11 teilweise umschließenden Steuerkörper 29 in Wirkverbindung stehen. Die zwischenliegende Druckfeder 28 ist dabei in einer Querbohrung 30 einer Buchse 31 des Innenhebels 12 aufgenommen und spannt die Sperrstifte 24 und 25 mit jeweiligen Betätigungsabschnitten 35 bzw. 36 über jeweils zwischenliegende Scheiben 32 bzw. 33 gegen eine Steuerkontur 34 des Steuerkörpers 29 vor.
Der Steuerkörper 29 ist hinsichtlich des Außenhebels 11 als spiegelsymmetrisches und rahmenartiges Bauteil ausgeführt und kann relativ zum Außenhebel 11 gezielt bewegt werden, wobei diese Bewegung in einer orthogonal zu den Bohrungen 26 und 27 orientierten Richtung stattfindet. Die Steuerkontur 34 des Steuerkörpers 29 ist des Weiteren rampenartig ausgestaltet, indem zwischen zwei parallel zu den Stegen 13 und 14 verlaufenden Abschnitten 37 und 38 ein zwischenliegender und sich in Richtung der Stege 13 und 14 erstreckender Abschnitt 39 vorgesehen ist. In Folge des spiegelsymmetrischen Aufbaus des Steuerkörpers 29 ist auch die Steuerkontur 34 spiegelsymmetrisch beiderseits der Sperrstifte 24 und 25 vorgesehen. Aufgrund der Gestalt der Steuerkontur 34 hat eine, von der Welle 22 wegorientierte Bewegung des Steuerkörpers 29 aus einer, in 3 dargestellten Grundposition in eine Betätigungsposition zur Folge, dass die Sperrstifte 24 und 25 ab Kontakt der jeweiligen Betätigungsabschnitte 35 bzw. 36 mit dem Abschnitt 39 der Steuerkontur 34 in Richtung des Innenhebels 12 verschoben werden. Befindet sich die Querbohrung 31 dabei fluchtend in Überdeckung mit den Bohrungen 26 und 27, so werden die Sperrstifte 24 und 25 entgegen der Druckfeder 28 in einen jeweiligen Übergang von der je zugehörigen Bohrung 26 bzw. 27 in die Querbohrung 30 verschoben und unterbinden in der Folge ein mögliches Verschwenken des Innenhebels 12 zum Außenhebel 11. Diese fluchtende Überdeckung der Querbohrung 30 mit den beiderseits liegenden Bohrungen 26 und 27 ist dabei in der Grundkreisphase des Einlassnockens 4 gegeben, in welcher die Nockenabschnitte 7 bis 9 einen gleichen Grundkreisdurchmesser aufweisen.
Zur Steuerung einer gezielten Verschiebung des Steuerkörpers 29 und damit zum gezielten Einleiten der Koppelung des Innenhebels 12 mit dem Außenhebel 11 ist der Steuerkörper 29 über Druckfedern 40 und 41 mit einem keilförmigen Ansatz 42 gegen ein Stellglied 43 des Aktuators 10 vorgespannt. Der Aktuator 10 kann dabei gemeinsam mit dem Stellglied 43 relativ zum Steuerkörper 29 bewegt werden, wobei diese Bewegung orthogonal zu der Bewegungsrichtung des Steuerkörpers 29 und damit in Verschiebungsrichtung der Sperrstifte 24 und 25 orientiert ist. Zur gezielten Verschiebung steht der Aktuator 10 dabei mit einem Gaszug der Brennkraftmaschine in Verbindung, so dass eine lastabhängige Verschiebung des Aktuators 10 stattfindet. Das Stellglied 43 verfügt über eine rampenartige Stellkontur 44, an welcher der keilförmige Ansatz 42 des Steuerkörpers 29 anläuft. Wird der Aktuator 10 nun aus der in 3 dargestellten Position soweit nach links in der Zeichenebene verschoben, dass der keilförmige Ansatz 42 in Überdeckung mit einer abfallenden Flanke 45 der Stellkontur 44 kommt, so kann der Steuerkörper 29 aus der dargestellten Grundposition über die Druckfedern 40 und 41 in Richtung des Aktuators 10 bewegt werden. Dies hat dann ab Verlassen der abfallenden Flanke 45 die Verschiebung der Sperrstifte 24 und 25 zur Folge und bei fluchtender Überdeckung der Bohrungen 26 und 27 mit der Querbohrung 30 die Verriegelung und Koppelung der Hebel 11 und 12.
Wird der Aktuator 10 über den Gaszug dann allerdings in eine entgegengesetzte Richtung bewegt, so wird auch der Steuerkörper 29 durch Zusammenspiel des keilförmigen Ansatzes 42 mit der Flanke 45 der Stellkontur 44 entgegen der Druckfedern 40 und 41 bewegt, so dass auch die Sperrstifte 24 und 25 unter Einwirkung der Druckfeder 28 auf den Abschnitt 37 der Steuerkontur 34 ausweichen können und dementsprechend der Innenhebel 12 vom Außenhebel 11 entkoppelt ist.
Wie zudem noch aus 3 zu erkennen ist, ist das Stellglied 43 über Federelemente 46 und 47 axial schwimmend in dem Aktuator 10 aufgenommen. Hierüber wird eine Hysteresefunktion definiert, indem durch eine leichte axiale Bewegbarkeit des Stellgliedes 43 hinsichtlich des Aktuators 10 eine stationäre Positionierung des Steuerkörpers 29 zwischen seiner Grundposition und der Betätigungsposition verhindert wird. Denn aufgrund der schwimmenden Anordnung des Stellgliedes 43 über die Druckfedern 45 und 46 wird ab Überdeckung des keilförmigen Ansatzes 43 mit der abfallenden Flanke 45 der Stellkontur 44 durch die Bewegungsmöglichkeit der Stellkontur 44 eine Überführung des Steuerkörpers 29 in eine seiner Endpositionen bewirkt.
Mittels der erfindungsgemäßen Ausgestaltung eines Nockenfolger 6 ist es somit möglich, auf rein mechanische Art und Weise eine Hubumschaltung eines Gaswechselventils zwischen voneinander abweichenden Ventilhubkurven darzustellen. In der Folge kann eine Variation des Ventilhubs und/oder der Phasenlage des Hubs des zugehörigen Gaswechselventils dargestellt werden, so dass durch diese lastabhängige Variation die Verbrennungsstabilität, der Kraftstoffverbrauch und die Abgasemissionen des Motors positiv beeinflusst werden können.
Bezugszeichenliste

1: Nockenwelle
2: Wälzlagerung
3: Wälzlagerung
4: Einlassnocken
5: Auslassnocken
6: Nockenfolger
7: Nockenabschnitt
8: Nockenabschnitt
9: Nockenabschnitt
10: Aktuator
11: Außenhebel
12: Innenhebel
13: Steg
14: Steg
15: Anlage
16: Rolle
17: Rolle
18: Rolle
19: Rahmen
20: Buchse
21: Buchse
22: Welle
23: Drehachse
24: Sperrstift
25: Sperrstift
26: Bohrung
27: Bohrung
28: Druckfeder
29: Steuerkörper
30: Querbohrung
31: Buchse
32: Scheibe
33: Scheibe
34: Steuerkontur
35: Betätigungsabschnitt
36: Betätigungsabschnitt
37: Abschnitt
38: Abschnitt
39: Abschnitt
40: Druckfeder
41: Druckfeder
42: keilförmiger Ansatz
43: Stellglied
44: Stellkontur
45: abfallende Flanke
46: Federelement
47: Federelement

ZITATE ENTHALTEN IN DER BESCHREIBUNG
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Zitierte Patentliteratur

DE 102004043182 A1 [0003]

Claims

Schaltbarer hebelartiger Nockenfolger (6) für einen Ventiltrieb einer Brennkraftmaschine, umfassend einen Außenhebel (11) und einen, zwischen parallelen Stegen (13, 14) des Außenhebels (11) verlaufenden Innenhebel (12), wobei der Innenhebel (12) relativ zum Außenhebel (11) verschwenkbar ist und über eine durchgehende Querbohrung (30) verfügt, welche in Abhängigkeit eines Schwenkwinkels des Innenhebels (12) zum Außenhebel (11) fluchtend mit beiderseits in den Stegen (13, 14) ausgebildeten Bohrungen (26, 27) des Außenhebels (11) in Überdeckung bringbar ist, wobei zumindest in einer der Bohrungen (26, 27) je ein Sperrstift (24, 25) verschiebbar geführt ist, welcher in der fluchtenden Überdeckung der Bohrungen (26, 27) mit der Querbohrung (30) unter Einwirkung von Stellmitteln und entgegen Rückführmitteln gezielt axial in eine jeweilige Koppelstellung bewegbar ist, in der der je eine Sperrstift (24, 25) in je einem Übergang von der zumindest einen Bohrung (26, 27) in die Querbohrung (30) des Innenhebels (12) positioniert ist und den Innenhebel (12) hierdurch mit dem Außenhebel (11) schwenkfest koppelt, dadurch gekennzeichnet, dass die Stellmittel einen Steuerkörper (29) mit einer Steuerkontur (34) umfassen, welcher außenliegend relativ beweglich zum Außenhebel (11) vorgesehen ist und über die Steuerkontur (34) mit dem je einen Sperrstift (24, 25) in der zumindest einen Bohrung (26, 27) mechanisch in Verbindung steht, wobei die zumindest eine Bohrung (26, 27) hierzu durchgehend ausgeführt ist und die Steuerkontur (34) bei einer Bewegung des Steuerkörpers (29) aus einer Grundposition in eine Betätigungsposition den je einen Sperrstift (24, 25) in die Koppelstellung überführt.
Nockenfolger (6) nach Anspruch 1, dadurch gekennzeichnet, dass der Steuerkörper (29) orthogonal zu den Bohrungen (26, 27) gegenüber dem Außenhebel (11) bewegbar ist und eine rampenartig ausgestaltete Steuerkontur (34) aufweist, welche durch zwei parallel zu den Stegen (13, 14) des Außenhebels (11) verlaufende Abschnitte (37, 38) mit einem zwischenliegenden, sich in Richtung der Stege (13, 14) erstreckenden Abschnitt (39) definiert ist.
Nockenfolger (6) nach Anspruch 1, dadurch gekennzeichnet, dass in beiden Bohrungen (26, 27) jeweils ein Sperrstift (24, 25) vorgesehen ist, wobei die Sperrstifte (24, 25) mechanisch durch die Steuerkontur (34) in einen jeweiligen Übergang von der je zugehörigen Bohrung (26, 27) in die Querbohrung (30) des Innenhebels (12) bewegbar sind.
Nockenfolger (6) nach Anspruch 3, dadurch gekennzeichnet, dass der Steuerkörper (29) als rahmenartig um den Außenhebel (11) liegendes Bauteil ausgeführt ist, dessen Steuerkontur (34) hinsichtlich einer Längsmittelachse des Außenhebels (11) spiegelsymmetrisch beidseitig der Sperrstifte (24, 25) ausgebildet ist.
Nockenfolger (6) nach Anspruch 3, dadurch gekennzeichnet, dass die Rückführmittel als zwischen den Sperrstiften (24, 25) und in der Querbohrung (30) des Innenhebels (12) liegende Druckfeder (28) ausgeführt sind, welche die Sperrstifte (24, 25) gegen die Steuerkontur (34) vorspannt.
Nockenfolger (6) nach Anspruch 5, dadurch gekennzeichnet, dass zwischen der Druckfeder (28) und jedem der Sperrstifte (24, 25) je eine Scheibe (32, 33) angeordnet ist, welche jeweils in der Querbohrung (30) des Innenhebels (12) geführt ist.
Nockenfolger (6) nach Anspruch 1, dadurch gekennzeichnet, dass der je eine Sperrstift (24, 25) mit je einem Betätigungsabschnitt (35, 36) auf einer dem Steuerkörper (29) je zugewandten Seite über den Außenhebel (11) aus der jeweiligen Bohrung (26, 27) vorsteht.
Ventiltrieb einer Brennkraftmaschine, mit einer Nockenwelle (1), welche über zumindest einen Nocken (4, 5) verfügt, wobei der zumindest eine Nocken (4) axial in mehrere Nockenabschnitte (7 bis 9) mit gleichen Grundkreisdurchmessern und insgesamt zwei unterschiedlichen Nockenerhebungen unterteilt ist, und wobei ein Öffnen und Schließen eines dem zumindest einen Nocken (4) je zugeordneten Gaswechselventils über einen zwischenliegenden Nockenfolger (6) gemäß einem der vorhergehenden Ansprüche entsprechend einer der Nockenerhebungen steuerbar ist, indem der Außenhebel (11) des Nockenfolgers (6) an der einen Nockenerhebung und der Innenhebel (12) an der jeweils anderen Nockenerhebung anläuft und eine Koppelung des Außen- und (11) des Innenhebels (12) über den Steuerkörper (29) einleitbar ist.
Ventiltrieb nach Anspruch 8, dadurch gekennzeichnet, dass der Steuerkörper (29) außenliegend mit einem keilförmigen Ansatz (42) versehen ist, welcher in Bewegungsrichtung des Steuerkörpers (29) orientiert an einer rampenförmigen Stellkontur (44) eines orthogonal ausgerichteten Stellgliedes (43) geführt ist, wobei das Stellglied (43) axial bewegbar ist und in Abhängigkeit einer axialen Bewegung durch Zusammenspiel zwischen dem keilförmigen Ansatz (42) und der Stellkontur (44) den Steuerkörper (29) zwischen seiner Grundposition und seiner Betätigungsposition verschiebt.
Ventiltrieb nach Anspruch 9, dadurch gekennzeichnet, dass das Stellglied (43) über Federelemente (46, 47) schwimmend in einem axial verschiebbaren Aktuator (10) aufgenommen ist.