DE102012016030A1

DE102012016030A1 - Verfahren zum Betreiben eines Ventiltriebs einer Brennkraftmaschine sowie entsprechender Ventiltrieb

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Publication number: DE102012016030A1
Application number: DE201210016030
Authority: DE
Inventors: Heiko Steinecker; Andreas Schlinke; Thomas Binsch
Original assignee: Audi AG
Current assignee: Audi AG
Priority date: 2012-08-13
Filing date: 2012-08-13
Publication date: 2014-05-15

Abstract

Die Erfindung betrifft ein Verfahren zum Betreiben eines Ventiltriebs (1) einer Brennkraftmaschine, der mindestens eine Grundnockenwelle aufweist, auf der drehfest und zwischen wenigstens zwei Axialpositionen axial verlagerbar mindestens ein Nockenträger vorgesehen ist, dem wenigstens eine Schaltkulisse (2) zugeordnet ist, die mit einem Aktuator (5) zum Verlagern des Nockenträgers zusammenwirkt, wobei der Aktuator (5) einen Mitnehmer (6) aufweist, der zum Verlagern des Nockenträgers in Richtung einer Verschiebenut (3, 4) der Schaltkulisse (2) ausgeschoben wird, und die Verschiebenut (3, 4) in Umfangsrichtung der Schaltkulisse (2) aufeinanderfolgend in einem Einspurnockenwellenwinkelbereich einen Einspurabschnitt (18, 18'), in einem Verschiebenockenwellenwinkelbereich einen Verschiebeabschnitt (19, 19') und in einem Auswurfnockenwellenwinkelbereich einen Auswurfabschnitt (20, 20') mit einer Auswurframpe aufweist. Dabei ist vorgesehen, dass der Aktuator (5) bereits bei einem in dem Verschiebenockenwellenwinkelbereich und/oder dem Auswurfnockenwellenwinkelbereich liegenden Nockenwellenwinkel zum Ausschieben des Mitnehmers (6) angesteuert wird. Die Erfindung betrifft weiterhin einen Ventiltrieb (1) einer Brennkraftmaschine.

Description

Die Erfindung betrifft ein Verfahren zum Betreiben eines Ventiltriebs einer Brennkraftmaschine, der mindestens eine Grundnockenwelle aufweist, auf der drehfest und zwischen wenigstens zwei Axialpositionen axial verlagerbar mindestens ein Nockenträger vorgesehen ist, dem wenigstens eine Schaltkulisse zugeordnet ist, die mit einem Aktuator zum Verlagern des Nockenträgers zusammenwirkt, wobei der Aktuator einen Mitnehmer aufweist, der zum Verlagern des Nockenträgers in Richtung einer Verschiebenut der Schaltkulisse ausgeschoben wird, und die Verschiebenut in Umfangsrichtung der Schaltkulisse aufeinanderfolgend in einem Einspurnockenwellenwinkelbereich einen Einspurabschnitt, in einem Verschiebenockenwellenwinkelbereich einen Verschiebeabschnitt und in einem Auswurfnockenwellenwinkelbereich einen Auswurfabschnitt mit einer Auswurframpe aufweist. Die Erfindung betrifft weiterhin einen Ventiltrieb einer Brennkraftmaschine.
Die dem eingangs genannten Verfahren zugrunde liegenden Ventiltriebe sind grundsätzlich bekannt. Sie werden für Brennkraftmaschinen eingesetzt, bei welchen das Arbeitsspiel von Gaswechselventilen einzelner Zylinder oder aller Zylinder der Brennkraftmaschine zur Verbesserung der thermodynamischen Eigenschaften beeinflusst werden kann. Der mindestens eine Nockenträger, welcher auch als Nockenstück bezeichnet werden kann, ist drehfest und axial verschiebbar auf der Grundnockenwelle angeordnet. Dem Nockenträger sind üblicherweise mehrere, also zumindest zwei, Ventilbetätigungsnocken zugeordnet. Jeder dieser Ventilbetätigungsnocken weist eine Exzentrizität auf, welche der Betätigung eines der Gaswechselventile der Brennkraftmaschine bei einer bestimmten Drehwinkelposition der Grundnockenwelle dient. Die Ventilbetätigungsnocken laufen demnach gemeinsam mit der Grundnockenwelle um, sodass das jeweilige Gaswechselventil der Brennkraftmaschine zumindest einmal pro Umdrehung der Grundnockenwelle von dem jeweils zugeordneten Ventilbetätigungsnocken beziehungsweise dessen Exzentrizität betätigt wird. Der Ventilbetätigungsnocken wirkt dazu vorzugsweise mit einem Rollenschlepphebel des Gaswechselventils zusammen, indem er mit diesem in Anlagekontakt tritt.
Vorzugsweise sind mehrere Ventilbetätigungsnocken vorgesehen, welche unterschiedlichen Nockengruppen zugeordnet sein können. Die Ventilbetätigungsnocken einer Nockengruppe unterscheiden sich nun beispielsweise hinsichtlich der Winkellage ihrer Exzentrizität oder der Erstreckung derselben in radialer Richtung (Höhe) und/oder in Umfangsrichtung (Länge). Durch das axiale Verlagern des Nockenträgers kann dieser in wenigstens zwei Axialpositionen, beispielsweise in eine erste und eine zweite Axialposition, gebracht werden. In der ersten Axialposition wird das Gaswechselventil von einem ersten der Ventilbetätigungsnocken und in der zweiten von einem zweiten der Ventilbetätigungsnocken betätigt, welche derselben Nockengruppe zugeordnet sind. Durch das Verlagern des Nockenträgers können somit insbesondere der Öffnungszeitpunkt, die Öffnungsdauer und/oder der Hub des Gaswechselventils, insbesondere in Abhängigkeit von einem Betriebszustand der Brennkraftmaschine, ausgewählt werden. Selbstverständlich können auch mehr als zwei Ventilbetätigungsnocken pro Nockengruppe und eine entsprechende Anzahl von Axialpositionen vorgesehen sein.
Das Verlagern des Nockenträgers in axialer Richtung erfolgt beispielsweise mithilfe einer Stelleinrichtung, die eine Schaltkulisse an dem Nockenträger und einen ortsfest angeordneten Aktuator, üblicherweise in einem Zylinderkopf der Brennkraftmaschine, umfasst. Der Aktuator verfügt beispielsweise über einen ausfahrbaren Mitnehmer, der sich mit einer, insbesondere schrauben- oder spiralförmigen, Kulissenbahn beziehungsweise Verschiebenut der Schaltkulisse in Eingriff bringen lässt. Die Kulissenbahn ist an der Schaltkulisse vorgesehen, welche dem Nockenträger zugeordnet ist. Beispielsweise liegt die Schaltkulisse an dem Nockenträger vor oder ist mit diesem zum axialen Verlagern zumindest wirkverbunden. Die Kulissenbahn ist vorzugsweise als Radialnut ausgebildet, welche den Umfang der Schaltkulisse durchgreift, also randoffen in dieser ausgebildet ist. Die Schaltkulisse weist insoweit wenigstens eine Kulissenbahn auf, in welche der Mitnehmer des Aktuators zum Verlagern des Nockenträgers einbringbar ist. Die momentane Position des Nockenträgers wird im Folgenden als Istposition und die gewünschte Position als Sollposition bezeichnet. Die Sollposition wird aus den möglichen Axialpositionen des Nockenträgers ausgewählt. Nachfolgend wird der Aktuator derart betätigt beziehungsweise angesteuert, dass der Nockenträger in Richtung der Sollposition verlagert wird, sodass im Anschluss an das Verlagern die Istposition mit der Sollposition übereinstimmt.
Der Aktuator ist zum Beispiel lediglich dazu ausgebildet, den Mitnehmer in Richtung der Verschiebenut auszuschieben. Er weist insbesondere keine Mittel auf, um den Mitnehmer wieder aus der Verschiebenut auszubringen beziehungsweise wieder einzufahren. Aus diesem Grund verfügt die Verschiebenut über die Auswurframpe, welche dem Auswurfabschnitt zugeordnet ist. Die Auswurframpe erstreckt sich dabei über zumindest einen Teil des Auswurfabschnitts, welcher im Wesentlichen einem Drehwinkelbereich der Kurbelwelle der Brennkraftmaschine entspricht, oder über den gesamten Auswurfabschnitt. Die Auswurframpe ist nun derart angeordnet, dass sie in Drehrichtung in radialer Richtung ansteigt, also den in der Verschiebenut vorliegenden Mitnehmer bis zum Ende der Auswurframpe vollständig aus der Verschiebenut ausbringt beziehungsweise in seine Ausgangsstellung verlagert. Um zu überwachen, ob der Mitnehmer noch in der Verschiebenut vorliegt oder bereits durch die Auswurframpe aus dieser ausgebracht wurde, wird beispielsweise eine durch das Herausdrängen in dem Aktuator induzierte Spannung erfasst.
Die Verschiebenut weist in Umfangsrichtung der Schaltkulisse aufeinanderfolgend den Einspurabschnitt, den Verschiebeabschnitt und den Auswurfabschnitt auf, wobei in letzterem die Auswurframpe angeordnet ist. Jedem dieser Abschnitte ist ein Nockenwellenwinkelbereich zugeordnet, über welchen beispielsweise die Position des Mitnehmers in Umfangsrichtung in dem entsprechenden Abschnitt liegt. Dem Einspurabschnitt ist dazu der Einspurnockenwellenwinkelbereich, dem Verschiebeabschnitt der Verschiebenockenwellenwinkelbereich und dem Auswurfabschnitt der Auswurfnockenwellenwinkelbereich zugeordnet.
Ein derartiger Aufbau des Ventiltriebs ist zumindest in Ansätzen aus der DE 10 2004 024 219 A1 bekannt. Für das Betreiben eines derartigen Ventiltriebs sind jedoch hohe Anforderungen an den Aktuator, insbesondere an dessen Stellgenauigkeit zu stellen, um den Mitnehmer hinreichend schnell in den Einspurabschnitt der Verschiebenut einzubringen, um während des Durchlaufens des Verschiebeabschnitts ein erfolgreiches Verlagern des Nockenträgers zu bewirken.
Es ist daher Aufgabe der Erfindung, ein Verfahren zum Betreiben eines Ventiltriebs vorzuschlagen, welches den eingangs genannten Nachteil nicht aufweist, sondern insbesondere niedrigere Anforderungen an den Aktuator stellt und/oder eine höhere Drehzahl der Grundnockenwelle ermöglicht.
Dies wird erfindungsgemäß mit dem Verfahren zum Betreiben eines Ventiltriebs mit den Merkmalen des Anspruchs 1 erreicht. Dabei ist vorgesehen, dass der Aktuator bereits bei einem in dem Verschiebenockenwellenwinkelbereich und/oder dem Auswurfnockenwellenwinkelbereich liegenden Nockenwellenwinkel zum Ausschieben des Mitnehmers angesteuert wird. Der Aktuator soll also nicht, wie aus dem Stand der Technik bekannt, erst dann angesteuert werden, wenn der momentane Nockenwellenwinkelbereich in dem Einspurnockenwellenwinkelbereich liegt. Vielmehr wird der Aktuator bereits vorher, mithin bei in dem Verschiebenockenwellenwinkelbereich beziehungsweise dem Auswurfnockenwellenwinkelbereich liegendem Nockenwellenwinkel, zum Ausschieben des Mitnehmers angesteuert. Besonders bevorzugt erfolgt dies derart, dass der Mitnehmer bereits in die Verschiebenut eintritt oder mit dem Nockenträger beziehungsweise einem Grund der Verschiebenut in Berührkontakt tritt, wenn der momentane Nockenwellenwinkel den Einspurnockenwellenwinkelbereich noch nicht erreicht hat, also insbesondere in dem vor dem Nockenwellenwinkelbereich liegenden Verschiebenockenwellenwinkelbereich beziehungsweise dem Auswurfnockenwellenwinkelbereich liegt.
Beispielsweise erstreckt sich die Verschiebenut über den gesamten Umfang der Schaltkulisse. Das bedeutet, dass der Einspurabschnitt und der Auswurfabschnitt, zwischen welchen der Verschiebeabschnitt vorliegt, in Umfangsrichtung gesehen unmittelbar aneinander angrenzen. Der Einspurabschnitt liegt entsprechend bevorzugt unmittelbar nach der Auswurframpe vor beziehungsweise beginnt dort.
Besonders bevorzugt verläuft die Verschiebenut in axialer Richtung in dem Verschiebeabschnitt schräg und in dem Einspurabschnitt sowie dem Auswurfabschnitt gerade. Die Verschiebenut weist also nur in dem Verschiebeabschnitt einen Verlauf mit einer axialen Komponente auf. In dem Einspurabschnitt sowie dem Auswurfabschnitt verläuft sie ausschließlich in Umfangsrichtung des Nockenträgers. Die Verlagerung des Nockenträgers erfolgt also nur, wenn der von dem Aktuator ausgebrachte Mitnehmer während des Verschiebenockenwellenwinkelbereichs in dem Verschiebeabschnitt vorliegt.
Mithilfe des beschriebenen Verfahrens können Aktuatoren eingesetzt werden, welche eine deutlich verringerte Stellgenauigkeit aufweisen, als dies bei aus dem Stand der Technik bekannten Ventiltrieben der Fall ist, weil der Mitnehmer über einen größeren Nockenwellenwinkelbereich in der Verschiebenut vorliegt. Zusätzlich oder alternativ kann aus demselben Grund das Verlagern des Nockenträgers bei höheren Drehzahlen der Grundnockenwelle erfolgen.
In einer vorteilhaften Weiterbildung der Erfindung ist vorgesehen, dass der Mitnehmer in den Verschiebeabschnitt oder den Auswurfabschnitt zum Durchlaufen zumindest des auf diesen folgenden Einspurabschnitts eingebracht wird. Es ist also nicht lediglich vorgesehen, dass das Ansteuern des Aktuators bereits bei dem Nockenwellenwinkel erfolgt, welcher in dem Verschiebenockenwellenwinkelbereich beziehungsweise dem Auswurfnockenwellenwinkelbereich liegt. Vielmehr erfolgt das Ansteuern derart, dass der Mitnehmer tatsächlich bereits in dem Verschiebeabschnitt beziehungsweise dem Auswurfabschnitt in die Verschiebenut eintritt, insbesondere vollständig eintritt. Unter dem vollständigen Eintreten ist dabei zu verstehen, dass der Mitnehmer mit dem Nockenträger beziehungsweise dem Grund der Verschiebenut in Berührkontakt tritt und nachfolgend an diesem anliegt. Wie bereits vorstehend ausgeführt, folgt der Einspurabschnitt in Umfangsrichtung des Nockenträgers bevorzugt unmittelbar auf den Auswurfabschnitt, während der Verschiebeabschnitt wiederum diesem unmittelbar vorausgeht. Das Einbringen soll derart erfolgen, dass der Mitnehmer zunächst den Verschiebeabschnitt und/oder den Auswurfabschnitt wenigstens bereichsweise durchläuft und anschließend in den Einspurabschnitt eintritt. Daraus folgt, dass der Mitnehmer vor dem Eintreten in den Einspurabschnitt die Ausfuhrrampe überläuft. Entsprechend wird er in radialer Richtung wenigstens teilweise aus der Verschiebenut herausgedrängt. Es sind nun geeignete Mittel beziehungsweise Maßnahmen vorgesehen, um ein (vollständiges) Auswerfen des Mitnehmers aus der Verschiebenut zu verhindern. Zusätzlich oder alternativ können die Mittel beziehungsweise Maßnahmen auch dazu vorgesehen sein, um ein sofortiges erneutes Ausschieben des Mitnehmers in Richtung der Verschiebenut zu veranlassen. Es kann also durchaus der Fall sein, dass der Mitnehmer kurzfristig, bedingt durch die Ausfuhrrampe den Berührkontakt zu der Schaltkulisse verliert.
Zu diesem Zweck ist in einer vorteilhaften Weiterbildung beispielsweise vorgesehen, dass der Aktuator zum Ausschieben des Mitnehmers während zumindest eines Teils eines aus dem Auswurfnockenwellenwinkelbereich und dem Verschiebenockenwellenwinkelbereich bestehenden Einbringnockenwellenwinkelbereichs und während zumindest eines Teils des auf diesen folgenden Einspurnockenwellenwinkelbereich angesteuert wird. Der Einbringnockenwellenwinkelbereich setzt sich also aus dem Auswurfnockenwellenwinkelbereich und dem Verschiebenockenwellenwinkelbereich zusammen, welche in Umfangsrichtung vor, insbesondere unmittelbar vor, dem Einspurnockenwellenwinkelbereich liegen. Um das Ausbringen des Mitnehmers durch die in dem Auswurfabschnitt beziehungsweise in dem Auswurfnockenwellenwinkelbereich liegende Auswurframpe aus der Verschiebenut zu verhindern, ist es nun vorgesehen, dass der Aktuator nicht nur kurzzeitig zum Ausbringen des Mitnehmers angesteuert wird, sondern während eines Zeitraums beziehungsweise Kurbelwellenwinkelbereichs, welcher wenigstens einen Teil des Einbringnockenwellenwinkelbereichs und wenigstens einen Teil des folgenden Einspurnockenwellenwinkelbereichs umfasst. Die Auswurframpe bewirkt insoweit kein vollständiges Auswerfen des Mitnehmers, das bei dem Überlaufen der Auswurframpe üblicherweise durch dessen Trägheitskräfte erfolgt. Vielmehr bleibt der Mitnehmer vorzugsweise ständig in Berührkontakt mit der Schaltkulisse beziehungsweise dem Grund der Verschiebenut, insbesondere auch während des gesamten Überlaufens der Auswurframpe durch den Mitnehmer.
In einer weiteren bevorzugten Ausgestaltung der Erfindung kann es vorgesehen sein, dass in einer Wirkverbindung zwischen einem Stellelement des Aktuators und dem Mitnehmer ein Federelement vorgesehen ist und der Mitnehmer zum Ausfahren über das Federelement federkraftbeaufschlagt wird. Mit einer derartigen Ausführungsform wird auf besonders einfache Art und Weise sichergestellt, dass der Mitnehmer auch bei dem Überlaufen der Auswurframpe in der Verschiebenut verbleibt, also mit der Schaltkulisse in Berührverbindung steht. Das Stellelement ist beispielsweise Bestandteil einer elektrischen Stelleinrichtung, die beispielsweise eine Spule oder dergleichen aufweist. Zwischen dem Stellelement und dem Mitnehmer ist das Federelement vorgesehen, sodass eine federnde Verbindung zwischen den beiden vorliegt. Beim Ansteuern des Aktuators zum Ausschieben des Mitnehmers wird mithilfe der Stelleinrichtung beziehungsweise des Stellelements eine Kraft auf das Federelement aufgebracht, welches diese wenigstens teilweise auf den Mitnehmer überträgt. Wird nun der Mitnehmer durch die Auswurframpe teilweise aus der Verschiebenut herausgedrängt, so kann der Mitnehmer der Auswurframpe ausweichen, ohne dass das Stellelement seine Position verändert. Das Stellelement wird also nicht in eine Ausgangsstellung zurückverlagert, sondern verbleibt in einer ausgefahrenen Stellung. Nach dem Überlaufen der Auswurframpe soll das Federelement bedingt durch die Federwirkung des Federelements in den Einspurabschnitt eintreten, insbesondere unmittelbar zu Beginn des Einspurabschnitts.
Die Erfindung betrifft weiterhin einen Ventiltrieb einer Brennkraftmaschine, insbesondere zur Durchführung des Verfahrens gemäß den vorstehenden Ausführungen. Der Ventiltrieb weist mindestens eine Grundnockenwelle auf, auf der drehfest und zwischen wenigstens zwei Axialpositionen axial verlagerbar mindestens ein Nockenträger vorgesehen ist, dem wenigstens eine Schaltkulisse zugeordnet ist, die mit einem Aktuator zum Verlagern des Nockenträgers zusammenwirkt. Der Aktuator verfügt dabei über einen Mitnehmer, der zum Verlagern des Nockenträgers in Richtung einer Verschiebenut der Schaltkulisse ausgeschoben wird, während die Verschiebenut in Umfangsrichtung der Schaltkulisse aufeinanderfolgend in einem Einspurnockenwellenwinkelbereich einen Einspurabschnitt, in einem Verschiebenockenwellenwinkelbereich einen Verschiebeabschnitt und in einem Auswurfnockenwellenwinkelbereich einen Auswurfabschnitt mit einer Auswurframpe aufweist.
Der Ventiltrieb soll nun dazu ausgebildet sein, den Aktuator bereits bei einem in dem Verschiebenockenwellenwinkelbereich und/oder dem Auswurfnockenwellenwinkelbereich liegenden Nockenwellenwinkel zum Ausschieben des Mitnehmers anzusteuern. Auf die Vorteile einer derartigen Vorgehensweise wurde bereits eingegangen. Selbstverständlich kann der Ventiltrieb beziehungsweise das Verfahren zu dessen Betreiben gemäß den vorstehenden Ausführungen weitergebildet sein, sodass mithin auf diese verwiesen wird. Auch kann der Ventiltrieb beziehungsweise das Verfahren gemäß den nachstehenden Ausführungen ausgeführt werden.
Eine weitere vorteilhafte Ausgestaltung der Erfindung sieht vor, dass die Schaltkulisse mehrere, insbesondere sich in axialer Richtung kreuzende Verschiebenuten aufweist. Mithilfe der Schaltkulisse soll also beispielsweise mithilfe eines einzigen, ihr zugeordneten Aktuators und mithin eines einzigen, zugeordneten Mitnehmers ein Verlagern des Nockenträgers in verschiedene Richtungen vorgesehen sein. Zu diesem Zweck sind mehrere Verschiebenuten vorgesehen, wobei jede Verschiebenut einer bestimmten Verlagerungsrichtung zugeordnet ist. Beispielsweise wird die Schaltkulisse und damit der Nockenträger in eine erste axiale Richtung verlagert, wenn der Mitnehmer in eine erste der Verschiebenuten eingreift. Entsprechend wird die Schaltkulisse beziehungsweise der Nockenträger in die entgegengesetzte axiale Richtung verlagert, wenn der Mitnehmer in eine zweite der Verschiebenuten eingreift. Zu diesem Zweck kreuzen sich beispielsweise die Verschiebenuten in axialer Richtung bezogen auf die Verlagerungsrichtung des Nockenträgers beziehungsweise eine Drehachse der Grundnockenwelle.
Eine Weiterbildung der Erfindung sieht vor, dass die Einspurabschnitte, die Verschiebeabschnitte und/oder die Auswurfabschnitte der mehreren Verschiebenuten in Umfangsrichtung dieselbe Erstreckung aufweisen. Die Nockenwellenwinkelbereiche, also insbesondere die Einspurnockenwellenwinkelbereiche, die Verschiebenockenwellenwinkelbereiche und die Auswurfnockenwellenwinkelbereiche, weisen entsprechend für die mehreren Verschiebenuten jeweils dieselbe Länge auf.
Zusätzlich oder alternativ kann es vorgesehen sein, dass die Einspurabschnitte, die Verschiebeabschnitte und/oder die Auswurfabschnitte der mehreren Verschiebenuten in Umfangsrichtung gegeneinander verschoben sind. Auch wenn die genannten Abschnitte gemäß den vorstehenden Ausführungen für die Verschiebenuten dieselben Erstreckungen aufweisen, so kann dennoch ein Versatz in Umfangsrichtung vorgesehen sein. Besonders vorteilhaft weisen alle genannten Abschnitte für die mehreren Verschiebenuten jeweils dieselbe Erstreckung auf, sind jedoch als Ganzes in Umfangsrichtung gegeneinander verschoben.
In einer bevorzugten Ausgestaltung der Erfindung kann zudem vorgesehen sein, dass die mehreren Verschiebenuten zumindest in dem Einspurbereich und/oder dem Auswurfabschnitt wenigstens bereichsweise dieselbe Tiefe aufweisen. Das bedeutet, dass ihre Nutgründe in radialer Richtung an derselben Position angeordnet sind. Dies ist insbesondere für wenigstens einen Teil des Einspurabschnitts und/oder wenigstens einen Teil des Auswurfabschnitts der Fall.
Schließlich kann es vorgesehen sein, dass die mehreren Verschiebenuten in wenigstens einem Bereich des Einspurabschnitts, in wenigstens einem Bereich des Verschiebeabschnitts und/oder in wenigstens einem Bereich des Auswurfabschnitts verschiedene Tiefen aufweisen. Hier liegen die Nutgründe der mehreren Verschiebenuten in radialer Richtung also an verschiedenen Positionen. Bevorzugt ist dies für den gesamten Verschiebeabschnitt der Fall. Zusätzlich können jedoch auch in dem Bereich des Einspurabschnitts beziehungsweise dem Bereich des Auswurfabschnitts die verschiedenen Tiefen vorliegen.
Die Erfindung wird nachfolgend anhand der in der Zeichnung dargestellten Ausführungsbeispiele näher erläutert, ohne dass eine Beschränkung der Erfindung erfolgt. Dabei zeigt:
1 eine schematische Darstellung eines Bereichs eines Ventiltriebs einer Brennkraftmaschine, wobei eine Schaltkulisse sowie ein Aktuator dargestellt sind,
2 den Verlauf von zwei Verschiebenuten der Schaltkulisse in einer ersten Ausführungsform,
3 den Verlauf von zwei Verschiebenuten der Schaltkulisse in einer zweiten Ausführungsform, und
4 eine schematische Darstellung eines Verfahrens zum Betreiben des Ventiltriebs.
Die 1 zeigt einen Bereich eines Ventiltriebs 1 einer nicht näher dargestellten Brennkraftmaschine. Der Ventiltrieb 1 weist eine Grundnockenwelle auf, auf der ein Nockenträger drehfest, jedoch axial verlagerbar angeordnet ist (jeweils nicht dargestellt). Zum Durchführen des axialen Verlagerns ist dem Nockenträger eine Schaltkulisse 2 zugeordnet, die in der hier dargestellten Ausführungsform zwei Verschiebenuten 3 und 4 aufweist. Das Verschieben wird mithilfe eines Aktuators 5 durchgeführt, der einen Mitnehmer 6 aufweist, der in eine der Verschiebenuten 3 und 4 einbringbar ist. Je nachdem, in welche der Verschiebenuten 3 beziehungsweise 4 der Mitnehmer 6 eingreift, wird eine Verlagerung der Schaltkulisse 2 und mithin des Nockenträgers in die eine oder in die andere Richtung bewirkt. Der Aktuator 5 verfügt zum Verlagern des Mitnehmers in radialer Richtung über eine Spule 7, während der Mitnehmer 6 mit einem gemeinsam mit ihm verlagerbaren Dauermagnet 8 verbunden ist, der als Stellelement dient. Ein Gehäuse 9 des Aktuators 5 besteht bevorzugt aus Metall. Die Spule 7 ist über ein Schaltelement 10 mit einer Stromquelle 11 elektrisch verbindbar. Liegt diese Verbindung vor, so erzeugt die Spule 7 ein Magnetfeld, welches den Dauermagnet 8 in Richtung der Schaltkulisse 2 drängt, vorzugsweise bis der Dauermagnet 8 einen Endanschlag 12 erreicht. Der Endanschlag 12 besteht vorzugsweise aus Metall, sodass der Mitnehmer 6 aufgrund des von dem Dauermagnet 8 erzeugten Magnetfelds in der in der 1 angedeuteten Stellung festgesetzt ist und an dem Endanschlag 12 anliegt.
Jede der Verschiebenuten 3 und 4 weist nun eine Auswurframpe (nicht gezeigt) auf, die den Mitnehmer 6 nach Durchführen des Verlagerns aus der Verschiebenut 3 herausverlagert beziehungsweise herausdrängen können. In dem der Auswurframpe zugeordneten Auswurfabschnitt wird also ein Abstand eines Grunds 13 beziehungsweise 14 der Verschiebenut 3 beziehungsweise 4 von einer Drehachse 15 der Schaltkulisse 2 beziehungsweise einer Grundnockenwelle, auf welcher der Nockenträger angeordnet ist, bevorzugt stetig größer beziehungsweise ein Betrag eines Hubs h der Verschiebenut 3 beziehungsweise 4 kleiner. Die Auswurframpen sind dabei derart ausgeführt, dass der Mitnehmer nach dem Verlagern des Nockenträgers vollständig aus den Verschiebenuten 3 und 4 ausgebracht wird. Dabei tritt bevorzugt der Dauermagnet 8 in Berührkontakt mit der Spule 7, welche jedoch nicht mehr bestromt ist. Entsprechend bewirkt die Magnetkraft des Dauermagneten 8, dass der Mitnehmer 6 in der ausgebrachten Stellung, also seiner Ausgangsstellung, solange gehalten ist, bis die Spule 7 erneut mithilfe des Schaltelements 7 bestromt wird. Während des Herausdrängens des Mitnehmers 6 aus den Verschiebenuten 3 und 4 wird in der Spule 7 eine Spannung induziert, welche mittels eines geeigneten Sensors 16 feststellbar ist. Es ist zumindest angedeutet, dass in der Wirkverbindung zwischen dem Dauermagnet 8 und dem Mitnehmer 6 beziehungsweise einem Bereich des Mitnehmers 6, welcher in eine der Verschiebenuten 3 und 4 einbringbar ist, ein Federelement 17 vorliegt, über welches der Dauermagnet 8, der als Stellelement dient, federnd mit dem Mitnehmer 6 wirkverbunden ist.
Die 2 zeigt den Verlauf der Verschiebenuten 3 und 4, die jeweils in einen Einspurabschnitt 18, einen Verschiebeabschnitt 19 und einen Auswurfabschnitt 20 unterteilt sind. Es ist deutlich erkennbar, dass sich die beiden Verschiebenuten 3 und 4 in dem Verschiebeabschnitt 19 schneiden, wobei der Grund 13 der Verschiebenut 3 durchgehend ausgeführt ist, während der Grund 14 der Verschiebenut 4 von der Verschiebenut 3 unterbrochen ist. Die Auswurframpen der Verschiebenuten 3 und 4 sind beispielsweise jeweils in dem Auswurfabschnitt 20 angeordnet. Gezeigt sind die Verschiebenuten 3 und 4 in einer planen Darstellung, welche einer Abrolldarstellung des Umfangs der Schaltkulisse 2 entspricht. In der dargestellten Ausführungsform weisen die Einspurabschnitte 18, die Verschiebeabschnitte 19 und die Auswurfabschnitte 20 der Verschiebenuten 3 und 4 jeweils dieselbe Erstreckung auf. Zudem befinden sie sich jeweils an derselben Umfangsposition, sind also nicht in Umfangsrichtung gegeneinander verschoben. Der Einspurabschnitt 18 liegt dabei in einem Einspurnockenwellenwinkelbereich, der Verschiebeabschnitt 19 in einem Verschiebenockenwellenwinkelbereich und der Auswurfabschnitt 20 in einem Auswurfnockenwellenwinkelbereich vor.
Die 3 zeigt eine zweite Ausführungsform der Verschiebenuten 3 und 4. Dabei weisen die Verschiebeabschnitte 19 der Verschiebenuten 3 und 4 wiederum dieselbe Erstreckung in Umfangsrichtung auf. Sie sind jedoch in diese Richtung gegeneinander verschoben, sodass die Einspurabschnitte 18 und die Auswurfabschnitte 20 für die Verschiebenuten 3 und 4 mit unterschiedlichen Erstreckungen ausgeführt sind. Für die Verschiebenut 4 wurden daher die Bezeichnungen Einspurabschnitt 18', Verschiebeabschnitt 19' und Auswurfabschnitt 20' gewählt. Ansonsten sind die vorstehenden Ausführungen analog heranzuziehen.
Die 4 veranschaulicht das Verfahren zum Betreiben des Ventiltriebs 1. Dargestellt ist ein Diagramm, in welchem ein Verlauf 21 für die Verschiebenut 3 eine Position des entsprechenden Grunds 13 in radialer Richtung beschreibt. Analog dazu gibt ein Verlauf 22 den Höhenverlauf für die Verschiebenut 4 beziehungsweise des entsprechenden Grunds 14 wieder. Die Auslenkung ist dabei als Hub h über einem Nockenwellenwinkel mit der Einheit Grad für einen Nockenwellenwinkelbereich von –360° bis +360° dargestellt. Der Verlauf einer der Verschiebenuten 3 beziehungsweise 4 erstreckt sich dabei lediglich über einen Nockenwellenwinkelbereich von 0° bis 360°. Entsprechend ist jede der Verschiebenuten 3 und 4 zweimal dargestellt, einmal für –360° < NW ≤ 0° und einmal für 0° < NW ≤ 360°. Ein betragsmäßig größter Hub des Verlaufs 21 ist mit h₁ bezeichnet, während ein betragsmäßig größter Hub des Verlaufs 22 mit h₂ gekennzeichnet ist. Es wird deutlich, dass sich in dem Einspurabschnitt zunächst der Hub h betragsmäßig vergrößert. Zumindest in dem jeweiligen Auswurfabschnitt 20 beziehungsweise 20' verkleinert er sich anschließend betragsmäßig wieder.
Der vorstehend beschriebene Aktuator 5 soll nun derart angesteuert werden, dass der Mitnehmer 6 in eine der Verschiebenuten 3 und 4 zumindest in dem Nockenwellenwinkelbereich von 0 < NW ≤ 360° in diese eingebracht wird und über einen bestimmten Nockenwellenwinkelbereich in ihr verbleibt, zumindest bis nach einem Durchlaufen des Verschiebeabschnitts 19 beziehungsweise 19'. Zu diesem Zweck wird der Aktuator 6 bereits angesteuert, wenn der momentane Nockenwellenwinkel noch vor dem Beginn des entsprechenden Einspurabschnitts 18 beziehungsweise 18' liegt, nämlich kleiner als 0° ist. Entsprechend greift der Mitnehmer 6 wie angedeutet beispielsweise bereits in den Auswurfabschnitt 20 beziehungsweise 20' in dem vorangehenden Nockenwellenwinkelbereich zwischen –360° < NW ≤ 0° ein.
Bevorzugt wird der Aktuator 5 angesteuert, bis der momentane Nockenwellenwinkel tatsächlich größer als 0° ist, also in dem Einspurnockenwellenwinkelbereich des entsprechenden Einspurabschnitts 18 beziehungsweise 18' liegt. In diesem Zeitraum liegt also beispielsweise der Dauermagnet 8 beziehungsweise das Stellelement an dem Endanschlag 12 an. Gleichzeitig wird das Überlaufen der Auswurframpe, also des Bereichs mit dem sich betragsmäßig verringernden Hub, mithilfe des Federelements 17 abgefedert. Entsprechend kann der Mitnehmer 6 von der Auswurframpe nicht von der Schaltkulisse 2 fortbefördert werden. Vielmehr drängt das Federelement 17 den Mitnehmer 6 unmittelbar zu Beginn oder lediglich kurz nach dem Beginn des Einspurnockenwellenwinkelbereichs beziehungsweise des Einspurabschnitts 18 beziehungsweise 18' in die entsprechende Verschiebenut 3 oder 4 ein. Entsprechend stellt eine derartige Vorgehensweise lediglich geringe Anforderungen an die Stellgenauigkeit des Aktuators 5. Alternativ können höhere Drehzahlen der Nockenwelle während des Verlagerns des Nockenträgers beziehungsweise der Schaltkulisse 2 in axialer Richtung vorliegen.
Bezugszeichenliste

1: Ventiltrieb
2: Schaltkulisse
3: Verschiebenut
4: Verschiebenut
5: Aktuator
6: Mitnehmer
7: Spule
8: Dauermagnet
9: Gehäuse
10: Schaltelement
11: Stromquelle
12: Endanschlag
13: Grund
14: Grund
15: Drehachse
16: Sensor
17: Federelement
18: Einspurabschnitt
19: Verschiebeabschnitt
20: Auswurfabschnitt
21: Verlauf
22: Verlauf

ZITATE ENTHALTEN IN DER BESCHREIBUNG
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Zitierte Patentliteratur

DE 102004024219 A1 [0007]

Claims

Verfahren zum Betreiben eines Ventiltriebs (1) einer Brennkraftmaschine, der mindestens eine Grundnockenwelle aufweist, auf der drehfest und zwischen wenigstens zwei Axialpositionen axial verlagerbar mindestens ein Nockenträger vorgesehen ist, dem wenigstens eine Schaltkulisse (2) zugeordnet ist, die mit einem Aktuator (5) zum Verlagern des Nockenträgers zusammenwirkt, wobei der Aktuator (5) einen Mitnehmer (6) aufweist, der zum Verlagern des Nockenträgers in Richtung einer Verschiebenut (3, 4) der Schaltkulisse (2) ausgeschoben wird, und die Verschiebenut (3, 4) in Umfangsrichtung der Schaltkulisse (2) aufeinanderfolgend in einem Einspurnockenwellenwinkelbereich einen Einspurabschnitt (18, 18'), in einem Verschiebenockenwellenwinkelbereich einen Verschiebeabschnitt (19, 19') und in einem Auswurfnockenwellenwinkelbereich einen Auswurfabschnitt (20, 20') mit einer Auswurframpe aufweist, dadurch gekennzeichnet, dass der Aktuator (5) bereits bei einem in dem Verschiebenockenwellenwinkelbereich und/oder dem Auswurfnockenwellenwinkelbereich liegenden Nockenwellenwinkel zum Ausschieben des Mitnehmers (6) angesteuert wird.
Verfahren nach Anspruch 1, dadurch gekennzeichnet, dass der Mitnehmer (6) in den Verschiebeabschnitt (19, 19') oder den Auswurfabschnitt (20, 20') zum Durchlaufen zumindest des auf diesen folgenden Einspurabschnitts (18, 18') eingebracht wird.
Verfahren nach einem der vorhergehenden Ansprüche, dadurch gekennzeichnet, dass der Aktuator (5) zum Ausschieben des Mitnehmers (6) während zumindest eines Teils eines aus dem Auswurfnockenwellenwinkelbereich und dem Verschiebenockenwellenwinkelbereich bestehenden Einbringnockenwellenwinkelbereichs und während zumindest eines Teils des auf diesen folgenden Einspurnockenwellenwinkelbereichs angesteuert wird.
Verfahren nach einem der vorhergehenden Ansprüche, dadurch gekennzeichnet, dass in einer Wirkverbindung zwischen einem Stellelement (8) des Aktuators (5) und dem Mitnehmer (6) ein Federelement (17) vorgesehen ist und der Mitnehmer (6) zum Ausfahren über das Federelement (17) federkraftbeaufschlagt wird.
Ventiltrieb (1) einer Brennkraftmaschine, insbesondere zur Durchführung des Verfahrens nach einem oder mehreren der vorhergehenden Ansprüche, der mindestens eine Grundnockenwelle aufweist, auf der drehfest und zwischen wenigstens zwei Axialpositionen axial verlagerbar mindestens ein Nockenträger vorgesehen ist, dem wenigstens eine Schaltkulisse (2) zugeordnet ist, die mit einem Aktuator (5) zum Verlagern des Nockenträgers zusammenwirkt, wobei der Aktuator (5) einen Mitnehmer (6) aufweist, der zum Verlagern des Nockenträgers in Richtung einer Verschiebenut (3, 4) der Schaltkulisse (2) ausgeschoben wird, und die Verschiebenut (3, 4) in Umfangsrichtung der Schaltkulisse (2) aufeinanderfolgend in einem Einspurnockenwellenwinkelbereich einen Einspurabschnitt (18, 18') in einem Verschiebenockenwellenwinkelbereich einen Verschiebeabschnitt (19, 19') und in einem Auswurfnockenwellenwinkelbereich einen Auswurfabschnitt (20, 20') mit einer Auswurframpe aufweist, dadurch gekennzeichnet, dass der Ventiltrieb (1) dazu ausgebildet ist, den Aktuator (5) bereits bei einem in dem Verschiebenockenwellenwinkelbereich und/oder dem Auswurfnockenwellenwinkelbereich liegenden Nockenwellenwinkel zum Ausschieben des Mitnehmers (6) anzusteuern.
Ventiltrieb nach Anspruch 5, dadurch gekennzeichnet, dass die Schaltkulisse (2) mehrere, insbesondere sich in axialer Richtung kreuzende Verschiebenuten (3, 4) aufweist.
Ventiltrieb nach einem der vorhergehenden Ansprüche, dadurch gekennzeichnet, das die Einspurabschnitte (18, 18'), die Verschiebeabschnitte (19, 19') und/oder die Auswurfabschnitte (20, 20') der mehreren Verschiebenuten (3, 4) in Umfangsrichtung dieselbe Erstreckung aufweisen.
Ventiltrieb nach einem der vorhergehenden Ansprüche, dadurch gekennzeichnet, dass die Einspurabschnitt (18, 18') die Verschiebeabschnitte (19, 19') und/oder die Auswurfabschnitte (20, 20') der mehreren Verschiebenuten (3, 4) in Umfangsrichtung gegeneinander verschoben sind.
Ventiltrieb nach einem der vorhergehenden Ansprüche, dadurch gekennzeichnet, dass die mehreren Verschiebenuten (3, 4) zumindest in dem Einspurabschnitt (18, 18') und/oder dem Auswurfabschnitt (20, 20') wenigstens bereichsweise dieselbe Tiefe aufweisen.
Ventiltrieb nach einem der vorhergehenden Ansprüche, dadurch gekennzeichnet, dass die mehreren Verschiebenuten (3, 4) in wenigstens einem Bereich des Einspurabschnitts (18, 18'), in wenigstens einem Bereich des Verschiebeabschnitts (19, 19') und/oder in wenigstens einem Bereich des Auswurfabschnitts (20, 20') verschiedene Tiefen aufweisen.