-
Die Erfindung betrifft einen Ventiltrieb für eine Brennkraftmaschine nach dem Oberbegriff des Anspruchs 1.
-
Aus der
DE 10 2004 056 290 A1 ist bereits ein gattungsgemäßer Ventiltrieb bekannt. Das Nockenstück besitzt dabei mehrere unterschiedliche Nockenkonturen, die mit einem Hubventil in Wirkverbindung stehen. Die unterschiedlichen Nockenkonturen werden dabei durch axiales Verschieben des Nockenstücks auf der Nockenwelle eingestellt.
-
Die Verriegelung der Nockenstücke gegen ungewolltes axiales Verschieben auf der Nockenwelle erfolgt dabei mittels eines federbelasteten Rastelements, welches radial in der Nockenwelle angeordnet ist, und in Rastkonturen im Nockenstück eingreift. Das Nockenstück wird dabei über die Kraft der Feder hinaus verschoben. Nachteilig ist dabei, dass das Rastelement über eine Feder ständig wirksam ist und der Verrastmechanismus bei jeder Einleitung der Verschiebung des Nockenstücks überwunden werden muss, mit der Folge, dass erhöhte Verschiebekräfte erforderlich sind. Dies führt zu vorzeitigem Verschleiß. Die Schaltelemente, Rastkonturen und das Verriegelungselement müssen dadurch stärker dimensioniert werden, was zu erhöhtem Gewicht, Bauvolumen und Energieverbrauch führt.
-
Ebenfalls ist aus der
DE 19702389 A1 ein Ventiltrieb bekannt, bei dem das Nockenstück mehrere unterschiedliche Nockenkonturen aufweist, die mit einem Hubventil in Wirkverbindung stehen besitzt. Die unterschiedlichen Nockenkonturen werden dabei durch axiales Verschieben des Nockenstücks auf der Nockenwelle eingestellt. Ein Verriegelungselement sichert die Nockenstücke gegen ungewolltes axiales Verschieben auf der Nockenwelle. Dazu ist das Verriegelungselement als zweiteiliger, im wesentlich zylindrischer Stift ausgebildet, dessen Teile radial in der Nockenwelle angeordnet bzw. im Inneren des Nockenstücks sind. Der eine Teil des Stifts steht mittels einer im Innern der Nockenwelle angeordneten Feder unter Vorspannung gegen den anderen Teil des Stifts, welcher über die Kontur des Nockenstücks herausragt. Bei jeder Nockenwellenumdrehung wird das Verriegelungselement durch einen zwischen Hubventil und Nocken angeordneten Rollenabnehmer gegen die Kraft der Feder nach Innen gedrückt und so entriegelt, auch wenn kein Verschiebevorgang stattfindet. Dies führt zu einem erhöhten Verschleiß des Verriegelungsmechanismus und zu unnötiger Geräuschentwicklung. Außerdem ist bei jeder Nockenwellenumdrehung, bei der nicht gleichzeitig eine Verschiebung des Nockenstücks stattfindet, das Nockenstück zeitweise in axialer Richtung ungeführt, was zu ungewollter Verschiebung des Nockenstücks auf der Nockenwelle, z. B. durch Vibrationen führen kann. Bei Stillstand der Brennkraftmaschine kann das Verriegelungselement sogar in einer entriegelten Position stehen und das Nockenstück damit durch äußere Erschütterungen, z. B. Bahntransport eines Fahrzeugs mit dieser Brennkraftmaschine ungewollt verschiebbar sein.
-
Der Erfindung liegt die Aufgabe zugrunde, einen Ventiltrieb für eine Brennkraftmaschine zu schaffen, dessen Verriegelungsmechanismus einen geringeren Verschleiß und eine erhöhte Betriebssicherheit besitzt.
-
Erfindungsgemäß wird die Aufgabe durch die Merkmale des Patenanspruches 1 gelöst. Der erfindungsgemäße Ventiltrieb besteht aus einer Nockenwelle, die aus einer Trägerwelle mit wenigstens einem drehfest und axial auf der Trägerwelle verschiebbaren Nockenstück besteht, welches durch ein Schaltelement, das in eine Schaltkulisse eingreift, verschiebbar ist. Das Nockenstück ist durch die Kontur der Schaltkulisse von einer ersten axialen Endposition in eine zweite axiale Endposition verschiebbar und durch ein Verriegelungselement in diesen Endpositionen haltbar. Dabei wird das Verriegelungselement ausschließlich beim axialen Verschieben des Nockenstücks entriegelt und ausschließlich im Bereich der Endpositionen des Nockenstücks verriegelt. Die Verschiebekräfte sind daher sehr niedrig, was zu geringerem Bauvolumen, längerer Lebensdauer, niedrigeren Kosten sowie geringer Geräuschentwicklung führt. Ebenso sind in allen Betriebszuständen die Nockenstücke, außer beim Verschieben auf der Trägerwelle, verriegelt, so dass es zu keinem ungewollten Verschieben der Nockenstücke kommen kann, z. B. durch Vibrationen oder Erschütterungen. Die Nockenstücke sind somit zu jeder Zeit axial geführt, in den Endpositionen durch das Verriegelungselement, beim Verschieben durch das Schaltelement, das in die Schaltkulissen eingreift.
-
Weitere Ausgestaltungen ergeben sich aus den Unteransprüchen.
-
Ein besonders sicherer Ventiltrieb ergibt sich, wenn das Verriegelungselement beim Betätigen des Schaltelements entriegelt und bei Erreichen der Endpositionen des Nockenstücks automatisch verriegelt.
-
Dabei ist besonders vorteilhaft, wenn die Entriegelung des Verriegelungselements durch eine mechanische Kopplung des Schaltelements und des Verriegelungselements stattfindet.
-
In einer bevorzugten Ausgestaltung ist das Verriegelungselement aus einem Riegel, beispielsweise aus einem Verriegelungsbolzen, einer Feder, einer Führung, die als zylindrische Ausstülpung ausgebildet sein kann, und zumindest zwei Rastöffnungen gebildet.
-
Vorzugsweise umfasst das Schaltelement einem Aktuator und ein beispielsweise als Betätigungsbolzen ausgeführtes Betätigungselement.
-
Die mechanische Kopplung des Schaltelements und des Verriegelungselements wird am Einfachsten aus einer Wippe und einem Verbindungsstück gebildet.
-
Weitere Vorteile ergeben sich aus der folgenden Zeichnungsbeschreibung. In der Zeichnung ist ein Ausführungsbeispiel der Erfindung dargestellt.
-
Dabei zeigen:
-
1 ausschnittweise den Ventiltrieb für eine Brennkraftmaschine in teilweiser Schnittdarstellung mit schematisch vereinfachtem Verriegelungsmechanismus in einer ersten Endposition und
-
2 ausschnittweise den Ventiltrieb wie in 1 in einer zweiten Endposition.
-
Der erfindungsgemäße Ventiltrieb umfasst eine Nockenwelle 22, die aus einer Trägerwelle 1 besteht, welche in wenigstens zwei Nockenwellenlagern 2a, 2b entsprechend links und rechts gelagert ist. Die Trägerwelle 1 weist wenigstens ein Nockenstück 3 pro Zylinder der Brennkraftmaschine auf, welches aus einem mittigen Teil 15 und daran jeweils links und rechts endseitig anschließenden Nockenabschnitten 10, 11 besteht, gefolgt von jeweils einer Schaltkulisse 5a; 5b. Jede Schaltkulisse 5a; 5b besitzt eine Schaltkontur 12a; 12b, z. B. in Form einer wendelförmig umlaufenden Nut, deren Nuttiefe veränderlich ist. Die in 1 links dargestellte Schaltkontur 12b hat eine wendelförmig nach rechts bzw. zum inneren Nockenabschnitt 10 bzw. zu den Nockenkonturen 10a, 10b verlaufende Nut. Die rechts dargestellte Schaltkontur 12a verläuft ebenso spiegelsymmetrisch von rechts nach links zu den Nockenkonturen 11a, 11b hin. Die Nockenabschnitte 10, 11 weisen jeweils zwei verschiedene Nockenkonturen 10a, 10b; 11a, 11b auf. Die Nockenkonturen 10a, 10b; 11a, 11b besitzen unterschiedliche Außenkonturen und bewirken so verschiedene Betätigungscharakteristiken für Gaswechselventile. An die Nockenabschnitte 10, 11 greifen Abnehmer bzw. Nockenfolger z. B. in Form von Schlepphebeln 17a; 17b an, die entsprechend vorgesehende Gaswechselventile betätigen. Es handelt sich beim Ausführungsbeispiel um Einlassventile, es können aber auch Auslassventile mit dem erfindungsgemäßen Ventiltrieb geschaltet werden. Durch die verschiedenen Betätigungscharakteristiken der Gaswechselventile lassen sich je nach Leistungsbedarf der Brennkraftmaschine unterschiedliche Ventilhübe einstellen. Dies erfolgt durch Verschieben des Nockenstücks 3 mit seinen Nockenkonturen 10a, 10b, 11a, 11b auf der Trägerwelle 1. Die zwei Nockenkonturen 10a, 10b des einen Nockenabschnitts 10 stehen je nach Position des Nockenstücks 3 auf der Trägerwelle 1 abwechselnd mit einem ersten einlassseitigen Gaswechselventil, die zwei Nockenkonturen 11a, 11b des anderen Nockenabschnitts 11 mit einem zweiten einlassseitigen Gaswechselventil über die Schlepphebel 17a, 17b in Wirkverbindung. Das Nockenstück 3 ist auf der Trägerwelle 1 drehfest und axial verschiebbar mittels einer nicht dargestellten Längsverzahnung verbunden. Die innenseitig vorgesehende Längsverzahnung des Nockenstücks 3 greift dabei in eine korrespondierende Außenverzahnung der Trägerwelle 1 ein, so dass Längsverschiebungen des Nockenstücks 3 auf der Trägerwelle 1 möglich sind, aber in Umfangsrichtung eine drehfeste Verbindung erfolgt.
-
Weiter besitzt der erfindungsgemäße Ventiltrieb zwei Schaltelemente 26a, 26b mit jeweils einem Aktuator 4a; 4b, der beispielsweise elektromagnetisch betätigbar ist. Der Aktuator 4a; 4b verschiebt ein axial zum Nockenstück 3 verlaufendes Betätigungselement, beispielsweise einem Betätigungsbolzen 18a; 18b, das dann in die Schaltkontur 12a; 12b der Schaltkulisse 5a; 5b eingreift. Der Eingriff des Betätigungselements 18a, 18b ist nur in einer bestimmten Stellung der Schaltkulissen 12a, 12b möglich. Die jeweilige Schaltstellung wird über ein Verriegelungselement 6 vorgegeben. Das Verriegelungselement 6 fixiert das Nockenstück 3 auf der Trägerwelle 1 hierzu in zwei Endpositionen, indem das Verriegelungselement 6 in zwei, den Endpositionen genau zugeordneten Rastöffnungen 7a, 7b in der Trägerwelle 3 eingreift. Erfindungsgemäß können die Rastöffnungen 7a, 7b Bohrungen, Nuten oder ähnliches sein. Das Verriegelungselement 6 ist bspw. als radial zur Trägerwelle 1 in einer zylindrischen Ausstülpung 23 im Nockenstück 3 geführter Riegel z. B. Verriegelungsbolzen 19 dargestellt, der gegen eine Kraft einer in der zylindrischen Ausstülpung 23 untergebrachten Feder 9 in die zylindrische Ausstülpung 23 verlagerbar ist. Am unteren Ende ragt das Verriegelungselement 6 aus dem Nockenstück 3 heraus, wo erfindungsgemäß eine Wirkverbindung des Riegels 19 mit den Aktuatoren 4a, 4b besteht, beispielhaft über eine mechanische Kopplung. Die Wirkverbindung kann in Form eines richtungumkehrenden Elements ausgeführt sein, beispielhaft über Wippen 13, 14 dargestellt, die eine Bewegung des Betätigungselements 18a, 18b zum Nockenstück 3 hin in eine Bewegung des Riegels 19 von der Trägerwelle 1 weg umwandeln, so dass eine Entriegelung erfolgt. Die Wippen 13, 14 bestehen aus jeweils einem Lager 25a; 25b und jeweils zwei Hebeln 13a, 13b; 14a, 14b. Dabei liegen die Hebel 13a, 14a der Wippen 13, 14 lose auf einem Verbindungsstück 24 am Riegel 19 auf und die Hebel 13b, 14b der Wippen 13, 14 sind fest mit den Betätigungselement 18a, 18b verbunden. Das Verbindungsstück 24 ist mit dem Riegel 19 in der Art verbunden, dass der Riegel 19 axial mit dem Verbindungsstück 24 fest verbunden ist und eine Verschiebung parallel zur Trägerelle 1 des Riegels 19 im Verbindungsstück 24 zulässt. Die dargestellte Wirkverbindung ist nur als Beispiel zu sehen. Es sind ebenfalls andere richtungumkehrende Elemente verwendbar bzw. ein anderer Verriegelungsmechanismus denkbar.
-
In 1 fixiert das Verriegelungselement 6 das Nockenstück 3 auf der Trägerwelle 1 in der ersten Endposition. Im Folgenden wird beschrieben, wie das Nockenstück 3 in seine in 2 dargestellte zweite Endposition gelangt. Das Nockenstück 3 wird durch das Betätigen des linken Schaltelements 26b axial auf der Trägerwelle 1 in die zweite, in 2 dargestellte Endposition verschoben, indem das Betätigungselement 18b in Pfeilrichtung 20 in die Schaltkulisse 5b im Nockenstück 3 eingreift und der Schaltkontur 12b der Schaltkulisse 5b folgt. Beim Erreichen der zweiten Endposition wird das Betätigungselement 18b deaktiviert, indem die Schaltkulisse 5b durch Reduzierung der Tiefe der Nut der Schaltkontur 5b das Betätigungselement 18b in seine Ausgangposition zurückdrückt. Durch den Eingriff und die Form der Schaltkulisse 5b kommt es zu einem Verschieben des Nockenstücks 3 nach links. Dabei wird zugleich die Entriegelung des Nockenstücks 3 auf der Trägerwelle 1 vorgenommen. Bewegt sich zum Schalten das Betätigungselement 18b und damit der dem linken Betätigungselement 18b zugeordnete Hebel 13b der Wippe 13 zum Nockenstück 3 hin, bewegt sich der dem Verbindungsstück 24 zugeordnete Hebel 13a der Wippe 13 vom Nockenstück 3 weg. Das Verbindungsstück 24 wird durch den Hebel 13a der Wippe 13 ebenfalls von der Trägerwelle 1 wegbewegt und nimmt dabei den Riegel 19 mit. Der Riegel 19 wird über diese Wirkverbindung gegen die Kraft der Feder 9 in Pfeilrichtung 21 aus der rechts dargestellten Rastöffnung 7a in der Trägerwelle 1 in die Führung des Riegels 23 im Nockenstück 3 verlagert und entriegelt dabei. Dabei ist der Riegel 19 erst komplett aus der Rastöffnung 7a entriegelt, wenn das Betätigungselement 18b seine Endstellung in der Schaltkontur 12b, anliegend an dieser, erreicht hat.
-
Nachdem durch den Eingriff des Betätigungselements 18b in die Schaltkulisse 12b die Verschiebung des Nockenstücks 3 auf der Trägerwelle 1 nach links abgeschlossen ist, erfolgt die Verriegelung in der dann erreichten, zweiten Endposition, wie in 2 dargestellt, indem die Feder 9 den Riegel 19 in die links dargestellte, zweite Rastöffnung 7b in der Trägerwelle 1 drückt. Dies erfolgt im deaktivierten Zustand des Betätigungselements 18b, bei dem eine Bewegung des linken Hebels 13b der Wippe 13 vom Nockenstück 3 weg und der Bewegung des rechten Hebels 13a der Wippe 13 zum Nockenstück 3 hin erfolgt und dabei den Riegel 19 freigibt. Dies passiert genau zu dem Zeitpunkt, wenn das Nockenstück 3 seine axiale Endposition erreicht hat und somit der Riegel 19 auf Hohe der linken Rastöffnung 7b in der Trägerwelle 1 ist. Die beiden Rastöffnungen 7a, 7b sind ortsfest an der Trägerwelle 1, da sich nur das Nockenstück 3 mit dem radialen Riegeln 19 axial auf der Trägerwelle 1 bewegt. Der Abstand der Rastöffnungen 7a, 7b entspricht genau dem Verschiebeweg zwischen den beiden Endpositionen des Nockenstücks auf der Trägerwelle 1.
-
Zum Erneuten axialen Verschieben des Nockenstücks 3 in die erste, in 1 dargestellte Endposition auf der Trägerwelle 1 greift das rechte Betätigungselement 18a in die Schaltkulisse 5a im Nockenstück 3 ein. Der Riegel 19 wird beim Betätigen des Schaltelements 26a über die Wirkverbindung 8 gegen die Kraft der Feder 9 aus der Rastöffnung 7b entriegelt und verriegelt bei Erreichen der ersten Endposition, indem die Feder 9 den Riegel 19 in die Rastöffnung 7a drückt, nachdem das Schaltelement 26a durch Deaktivierung den Riegel 19 freigibt.
-
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 102004056290 A1 [0002]
- DE 19702389 A1 [0004]
