DE102012112795A1

DE102012112795A1 - Ventiltrieb für eine Brennkraftmaschine

Info

Publication number: DE102012112795A1
Application number: DE201210112795
Authority: DE
Inventors: Günter Vogelezang
Original assignee: Dr Ing HCF Porsche AG
Current assignee: Dr Ing HCF Porsche AG
Priority date: 2012-12-20
Filing date: 2012-12-20
Publication date: 2014-06-26

Abstract

Ventiltrieb für eine Brennkraftmaschine mit drei Zylindern und mit einer zur Betätigung von Gaswechselventilen drehbar gelagerten Nockenwelle (1), auf der für die Gaswechselventile jedes Zylinders ein Schiebenocken (3.1, 3.2, 3.3) axial verschiebbar gelagert ist, wobei jeder Schiebenocken (3.1, 3.2, 3.3) mit einer verschiebbaren Kulisse (7; 8; 9) in Verbindung bringbar ist, und wobei mindestens ein Schiebenocken (3.2) mit einer Kulisse mit einem eine äußere schräg verlaufende Mantelfläche aufweisenden Kulissenabschnitt (15) verbindbar ist, über die mittels eines Aktuators eine axiale Verschiebung aller auf der Nockenwelle gelagerter Schiebenocken (3.1, 3.2, 3.3) bewirkbar ist, wobei innerhalb der Nockenwelle (1) eine gegenüber der Nockenwelle (1) unverdrehbare, axial über den Aktuator und die Kulisse (15) verschiebbare Zugstange (5) gelagert ist, auf der mit mit Mitnehmerstiften (13) in den Schiebenocken (3.1, 3.2, 3.3) der weiteren Zylinder zur axialen Verschiebung der Schiebenocken zusammenwirkende, mit Auflaufflächen (7.3, 7.4; 8.3, 8.4; 9.3, 9.4) versehene Verschiebekulissen (7.1, 7.2; 8.1, 8.2; 9.1, 9.2) mit drehbar auf der Zugstange (5) gelagerten Segmenten (10, 11) zusammenwirken, wobei die Kulisse (8.1, 8.2) des mittleren der drei Zylinder mit parallel angeordneten, radialen Mitnahmeflächen (8.3, 8.4) für einen Mitnahmestift (13) zur axialen Verschiebung der Zugstange (5) an dem ihr zugeordneten Schiebenocken (3.2) versehen ist.

Description

Die Erfindung betrifft eine Brennkraftmaschine mit mindestens zwei Zylindern und mit einer zur Betätigung von Gaswechselventilen drehbar gelagerten Nockenwelle, auf der für die Gaswechselventile jedes Zylinders ein Schiebenocken axial verschiebbar gelagert ist, wobei jeder Schiebenocken mit einer verschiebbaren Kulisse in Verbindung bringbar ist, und wobei mindestens einer der Schiebenocken eine Kulisse mit einem eine äußere schräg verlaufende Mantelfläche aufweisenden Kulissenabschnitt aufweist, über die mittels eines Aktuators eine axiale Verschiebung aller auf der Nockenwelle gelagerter Schiebenocken bewirkbar ist.
Bei modernen Brennkraftmaschinen werden zur Optimierung der Be- und Entladung und des Verbrennungsvorgangs variable Ventiltriebe verwendet, mit denen unterschiedliche Hübe der Ventile und unterschiedliche Öffnungszeiten einstellbar sind. Aus der DE 196 11 641 C1 ist ein Ventiltrieb bekannt, mit dem die Betätigung eines Gaswechselventils mit mehreren unterschiedlichen Hubkurven ermöglicht werden soll. Die Nockenwelle dieser Brennkraftmaschine weist dazu Schiebenocken mit mehreren Nockenbahnen auf, die drehfest, aber axial verschieblich auf der Nockenwelle gelagert sind. Mit den Schiebenocken wirkt ein Aktuator über einen Stift zur Erzeugung der axialen Verschiebung des Schiebenockens auf der Nockenwelle zusammen. Über diese Verschiebung und die unterschiedliche Ausgestaltung der Nocken wird beim jeweiligen Gaswechselventil ein unterschiedlicher Ventilhub eingestellt. Die Arretierung der Schiebenocken in ihrer jeweiligen axialen Position erfolgt über Rastvertiefungen in den Schiebenocken und über mit diesen Rastvertiefungen zusammenwirkende Rastkugeln.
Aus der DE 10 2007 027 979 A1 ist eine Brennkraftmaschine mit einem Ventiltrieb bekannt, dessen Arretiervorrichtung von zwei Rastelementen gebildet ist, nämlich einem ersten Rastelement mit mehreren Rastvertiefungen, das Bestandteil des Schiebenockens ist und zusammen mit dem Schiebenocken relativ zur Nockenwelle axial verlagerbar ist, sowie mindestens einem zweiten Rastelement, bei dem es sich um eine ebenfalls federbeaufschlagte Rastkugel handelt.
Bei diesen vorerwähnten aus dem Stand der Technik bekannten Ventiltrieben ist für jeden axial verschiebbaren Schiebenocken ein separater Aktuator zugeordnet. Das bedeutet nicht nur hoher Aufwand, sondern führt auch zu relativ großem Platzbedarf und Erhöhung des Gewichts der Baueinheit.
Aus der nicht vorveröffentlichten DE 10 2011 054 218 ist ein Ventiltrieb bekannt, bei dem die axiale Verschiebung aller Schiebenocken auf der Nockenwelle über einen gemeinsamen Aktuator erfolgt. Der Aktuator verschiebt über eine mit einem der Schiebenocken verbundene Kulisse einen der Schiebenocken axial auf der Nockenwelle; diese Verschiebung wird auf eine der Nockenwelle zugeordnete Kopplungsstange übertragen, die ihre Axialverschiebung über den anderen Schiebenocken auf der Nockenwelle zugeordnete Kulissen überträgt. Mit dieser konstruktiven Lösung wird der bauliche Aufwand verringert und der erforderliche Bauraum reduziert.
Der Erfindung liegt die Aufgabe zugrunde, bei einem variablen Ventiltrieb den baulichen Aufwand und den Platzbedarf weiter zu reduzieren.
Diese Aufgabe wird bei einer Brennkraftmaschine der eingangs erwähnten Art dadurch gelöst, dass innerhalb der Nockenwelle eine gegenüber der Nockenwelle unverdrehbare, axial über den Aktuator und die Kulisse verschiebbare Zugstange gelagert ist, auf der mit mit Mitnehmerstiften in den Schiebenocken der weiteren Zylinder zur axialen Verschiebung der Schiebenocken zusammenwirkende, mit Auflaufflächen versehene Verschiebekulissen und mit diesen zusammenwirkende, drehbar auf der Zugstange gelagerte Segmente angeordnet sind.
Dabei ist die Zugstange unverdrehbar, aber axial verschieblich im Zylinderkopf gelagert. Auf der Zugstange können den einzelnen Zylindern zugeordnete Segmente mit Auflaufflächen drehbar mit den zugeordneten Schiebenocken über einen Mitnehmerstift gelagert sein.
Eine besonders bevorzugte Ausführungsform des Gegenstandes der Erfindung ergibt sich bei einer Brennkraftmaschine mit drei Zylindern dann, wenn die Kulisse des mittleren der drei Zylinder mit radialen, parallel zueinander angeordneten Mitnahmeflächen zur axialen Verschiebung der in der Nockenwelle verschieblich gelagerten Zugstange versehen ist, wobei die Mitnahmeflächen mit dem Mitnahmestift an den dem mittleren Zylinder zugeordneten Schiebenocken zusammenwirken.
Die vorstehend aufgeführten Merkmale sowie weitere Merkmale des Gegenstandes der Erfindung werden anhand eines speziellen Ausführungsbeispiels im Folgenden anhand der Zeichnung näher erläutert.
Es zeigt:
1 eine perspektivische Darstellung einer Nockenwelle für eine Drei-Zylinder-Brennkraftmaschine;
2 die Nockenwelle im Ausführungsbeispiel nach 1 um 90° gedreht;
3 die Zugstange nach der Erfindung mit den auf ihr feststehend angeordneten Bauteilen;
4 die Zugstange entsprechend 3 mit den mit der Nockenwelle rotierend auf der Zugstange angeordneten Bauteilen;
5 die Zugstange nach 3 bzw. 4 mit den an den Schiebenocken der Nockenwelle gelagerten Mitnehmerstiften;
6 die die Schiebenocken tragende Zahnwelle mit der Zugstange nach der Erfindung;
6.1 ein Detail der Zugstange;
7 das Ausführungsbeispiel nach 6 mit darauf angeordneten Schiebenocken;
7.1 ein weiteres Detail der Zugstange;
8 eine Detailansicht einer Zugstange mit auf ihr angeordneten Verschiebe-Bauteilen;
9 einen Schnitt durch die Detailansicht nach 8;
10+11 schematisch die Verschiebung der Schiebenocken für Zylinder 1 und Zylinder 3 einer dreizylindrigen Brennkraftmaschine;
und
12 ein Diagramm der Hubkurven einer 3-zylindrigen Brennkraftmaschine nach Erfindung.
Die 1 bis 11 zeigen in unterschiedlichen Darstellungen ein Ausführungsbeispiel des Gegenstandes der Erfindung und der entsprechenden Bauteile.
Ausgewählt als Ausführungsbeispiel wurde aufgrund der speziellen Problemstellung eine 3-zylindrige Brennkraftmaschine. Bei einer solchen Brennkraftmaschine steht keine sogenannte freie Grundkreisphase aufgrund der für einen Rundlauf der Brennkraftmaschine notwendigen Überdeckung der Hubkurven der einzelnen Zylinder zur Verfügung. Für eine variable Ventilsteuerung muss deshalb außerhalb einer Verstellung der Hubkurven für den Zylinder 2 eine Verstellung der Hubkurven für die Zylinder 1 und 3 außerhalb der Hubkurve für Zylinder 2 erfolgen. Dies wird anhand des in 12 dargestellten Diagramms verdeutlicht.
In 1 ist eine Nockenwelle 1 mit Außenverzahnungen 2.1, 2.2. und 2.3 gezeigt. Diese Nockenwelle 1 ist über nicht gezeigte Nockenwellenlager in einem ebenfalls nicht gezeigten Zylinderkopf einer Brennkraftmaschine drehbar gelagert. Auf den Außenverzahnungen 2.1 bis 2.3 sind den einzelnen Zylindern der Brennkraftmaschine (ebenfalls nicht dargestellt) zugeordnete Schiebenocken 3.1, 3.2 und 3.3 verschiebbar gelagert. Diese Schiebenocken 3 sind über eine mit den Außenverzahnungen 2.1 bis 2.3 korrespondierende Innenverzahnung verschiebbar und gleichzeitig mit der Nockenwelle 1 drehbar auf der Zahnwelle 4 der Nockenwelle 1 gelagert.
Die Schiebenocken 3.1, 3.2 und 3.3 verfügen in an sich bekannter Weise über unterschiedliche, den Gaswechselventilen der Zylinder zugeordnete Nockenabschnitte (Nockenbahnen), über die ein unterschiedlicher Ventilhub einstellbar ist.
2 zeigt zum besseren Verständnis die Nockenwelle 1 nach 1 mit den darauf sitzenden Schiebenocken 3.1 bis 3.3 in einer um ca. 90° gedrehten perspektivischen Darstellung.
Zur Verstellung des Ventilhubs ist beim Gegenstand der Erfindung in die als Rohr ausgeführte Zahnwelle 4 der Nockenwelle 1 axial verschiebbar eine Zugstange 5 eingesetzt, die an ihrem einen Ende gegenüber der Nockenwelle 1 unverdrehbar, z.B. über Abflachungen, 2-, 4-Kant usw. 6 im Zylinderkopf gelagert ist. Die Zugstange 5 trägt den Schiebenocken 3 jeweils zugeordnete Kulissen 7.1, 7.2, 8.1, 8.2 und 9.1 bzw. 9.2 mit Auflaufflächen 7.3 bzw. 7.4, 8.3 bzw. 8.4 und 9.3 bzw. 9.4. Die Kulissen 7, 8, 9 sind entweder auf die Zugstange 5 aufgesetzt und unverschieblich und unverdrehbar dort fixiert oder sie sind einstückig mit der Zugstange 5 hergestellt; ihr Außendurchmesser entspricht dem Innendurchmesser des Zahnwellenrohrs 4 unter Ermöglichen einer leichtgängigen axialen Verschieblichkeit von Zugstange 5 in Bezug auf die Nockenwelle 1.
4 zeigt die Zugstange entsprechend 3. In dieser Darstellung sind den Kulissen 7, 8 und 9 zugeordnete Segmente 10 und 11 gegenüber der Zugstange verdrehbar auf diese aufgesetzt. Bei einer einstückigen Ausführung von Zugstange und Kulissen können die Segmente 10 bzw. 11 zweigeteilt hergestellt und nachträglich auf die Zugstange 5 in ihre Position aufgesetzt und z.B. miteinander verschraubt werden. Die Segmente 10 bzw. 11 weisen den Auflaufflächen 7.3, 7.4, 8.3, 8.4, 9.3 und 9.4 entsprechende Auflaufflächen 10.1, 10.2 bzw. 11.1 und 11.2 auf. Die Segmente 10 bzw. 11 sind frei drehbar zwischen den ihnen zugeordneten Kulissen 7.1 bzw. 7.2 und 9.1 bzw. 9.2 auf der Zugstange 5 angeordnet. Die Segmente 10 bzw. 11 weisen Öffnungen 12 (zylindrische Bohrung) auf, in die Mitnehmerstifte 13 (13.1, 13.2, 13.3) eingreifen. Diese Mitnehmerstifte 13 sind auf ihren den Segmenten 10 bzw. 11 gegenüber liegenden Seiten fest eingesetzt in Öffnungen 14 (zylindrische Bohrung 14.1, 14.2, ...) der Schiebenocken 3.1, 3.2 und 3.3; über diese Mitnehmerstifte 13 bzw. über die Schiebenocken 3 rotieren die Segmente 10 bzw. 11 zusammen mit der Nockenwelle 1.
6 zeigt eine perspektivische Darstellung (um 180° gedreht gegenüber der Darstellung in 1) der Zahnwelle 4 und der in sie eingesetzten Zugstange 5 mit Verdrehsicherung (Vierkant 6), mit der die Zugstange 5 verschiebbar, aber unverdrehbar im Zylinderkopf gelagert ist.
Wie in 6 erkennbar, greift der Mitnehmerstift 13 über ein im Zahnwellenrohr 5 vorgesehenes Langloch 15, über das die Axialverschiebung der Schiebenocken 3 ermöglicht wird, in die jeweilige Öffnung 12 in den Segmenten 10, 11 ein.
In 6.1 ist ein Detail der Zugstange 5 zum besseren Verständnis noch einmal etwas deutlicher dargestellt.
Im Unterschied zu den Zylindern 1 und 3 erfolgt beim Zylinder 2 (beim mittleren Zylinder) wie eingangs beschrieben keine Ventilhubverstellung, sondern lediglich die Axialverschiebung der Zugstange 5. Dazu wird der Schiebenocken 3.2 mittels eines mit ihm zusammenwirkenden Standard-Aktuators (nicht dargestellt) über eine mit dem Schiebenocken 3.2 verbundene, eine schräge äußere Mantelfläche aufweisende Kulisse 15 auf der Verzahnung 2.2 der Zahnwelle 4 verschoben. Über den in die zylindrische Bohrung 14.2 eingesetzten Mitnehmerstift im Schiebenocken 3.2 wird im Zusammenwirken mit den Auflaufflächen 8.3 bzw. 8.4 an den Kulissen 8.1 und 8.2 die Zugstange 5 entsprechend axial verschoben. Diese Axialverschiebung über den Schiebenocken 3.2 und über den Mitnehmerstift 13.2 bzw. über die Kulissen 8.1 und 8.2 auf die Zugstange 5 bewirkt (siehe 8) eine Axialverschiebung der Kulissen 7.1 bzw. 7.2 und über deren Auflaufflächen 7.3 bzw. 7.4 im Zusammenwirken mit dem Segment 10 über den Mitnehmerstift 13 eine Axialverschiebung des Schiebenockens 3.1 und damit eine Veränderung des Ventilhubs beim Zylinder 1.
In 9 ist in einem mittigen Schnitt durch Zahnwelle 4, Zugstange 5 und Segment 10 der innere Aufbau und das Zusammenwirken der Bauteile beim Erfindungsgegenstand verdeutlicht dargestellt.
10 zeigt die Zugstange 5 in axial verschobener Position, bei der die Kulisse 7.1 mit ihrer Auflauffläche 7.3 in Anlage an die Auflauffläche 10.1 des Segments 10 gebracht wird. In der Folge davon wird über den Mitnehmerstift 13 der Schiebnocken 3.1 auf der Zahnwelle 4 ebenfalls axial verschoben.
11 zeigt lediglich noch einmal die Zugstange mit ihren bzw. den mit ihr zusammenwirkenden Bauteilen.
Für den Fachmann versteht es sich von selbst, dass der Aufbau einer variablen Ventilsteuerung entsprechend dem Gegenstand der Erfindung nicht auf Ausführungen von Brennkraftmaschinen mit lediglich drei Zylindern beschränkt ist. Seine platzsparende Aufbauweise kann selbstverständlich auch bei Vier- und Mehrzylinder-Bauweise entsprechend abgewandelt angewendet werden.
Bezugszeichenliste

1: Nockenwelle
2: Außenverzahnung (2.1, 2.2, 2.3)
3: Schiebenocken (3.1, 3.2, 3.3)
4: Zahnwelle
5: Zugstange
6: Abflachung/2-Kant-/4-Kant-/...
7, 8, 9: Kulissen (7.1, 7.2; 8.1, 8.2; 9.1, 9.2) 7.3, 7.4, 8.3, 8.4, 9.3, 9.4 Auflaufflächen an 7, 8 bzw. ... (?)
10, 11: Segment
10.1, 10.2: Auflauffläche an 10
11.1, 11.2: Auflauffläche an 11
12: Öffnung (zylindrische Bohrung)
13: Mitnehmerstift
14: zylindrische Bohrung in 3 (14.1, 14.2)
15: Kulisse mit Mantelfläche

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 19611641 C1 [0002]
DE 102007027979 A1 [0003]
DE 102011054218 [0005]

Claims

Brennkraftmaschine mit mindestens zwei Zylindern und mit einer zur Betätigung von Gaswechselventilen drehbar gelagerten Nockenwelle (1), auf der für die Gaswechselventile jedes Zylinders ein Schiebenocken (3.1, 3.2, 3.3) axial verschiebbar gelagert ist, wobei jeder Schiebenocken (3.1, 3.2, 3.3) mit einer verschiebbaren Kulisse (7; 8; 9) in Verbindung bringbar ist, und wobei mindestens ein Schiebenocken (3.2) mit einer Kulisse mit einem eine äußere schräg verlaufende Mantelfläche aufweisenden Kulissenabschnitt (15) verbindbar ist, über die mittels eines Aktuators eine axiale Verschiebung aller auf der Nockenwelle gelagerter Schiebenocken (3.1, 3.2, 3.3) bewirkbar ist, dadurch gekennzeichnet, dass innerhalb der Nockenwelle (1) eine gegenüber der Nockenwelle (1) unverdrehbare, axial über den Aktuator und die Kulisse (15) verschiebbare Zugstange (5) gelagert ist, auf der mit mit Mitnehmerstiften (13) in den Schiebenocken (3.1, 3.2, 3.3) der weiteren Zylinder zur axialen Verschiebung der Schiebenocken zusammenwirkende, mit Auflaufflächen (7.3, 7.4; 8.3, 8.4; 9.3, 9.4) versehene Verschiebekulissen (7.1, 7.2; 8.1, 8.2; 9.1, 9.2) mit drehbar auf der Zugstange (5) gelagerten Segmenten (10, 11) zusammenwirken.
Brennkraftmaschine nach Anspruch 1, dadurch gekennzeichnet, dass die Zugstange (5) unverdrehbar und axial verschiebbar im Zylinderkopf gelagert ist.
Brennkraftmaschine nach Anspruch 1, dadurch gekennzeichnet, dass auf der Zugstange (5) den Zylindern zugeordnete Segmente (10, 11) mit Auflaufflächen (10.1, 10.2; 11.1, 11.2) mit den zugeordneten Schiebenocken (3.1, 3.2, 3.3) über den Mitnehmerstift (13) drehbar gelagert sind.
Ventiltrieb für eine Brennkraftmaschine mit drei Zylindern und mit einer zur Betätigung von Gaswechselventilen drehbar gelagerten Nockenwelle (1), auf der für die Gaswechselventile jedes Zylinders ein Schiebenocken (3.1, 3.2, 3.3) axial verschiebbar gelagert ist, wobei jeder Schiebenocken (3.1, 3.2, 3.3) mit einer verschiebbaren Kulisse (7; 8; 9) in Verbindung bringbar ist, und wobei mindestens ein Schiebenocken (3.2) mit einer Kulisse mit einem eine äußere schräg verlaufende Mantelfläche aufweisenden Kulissenabschnitt (15) verbindbar ist, über die mittels eines Aktuators eine axiale Verschiebung aller auf der Nockenwelle gelagerter Schiebenocken (3.1, 3.2, 3.3) bewirkbar ist, wobei innerhalb der Nockenwelle (1) eine gegenüber der Nockenwelle (1) unverdrehbare, axial über den Aktuator und die Kulisse (15) verschiebbare Zugstange (5) gelagert ist, auf der mit mit Mitnehmerstiften (13) in den Schiebenocken (3.1, 3.2, 3.3) der weiteren Zylinder zur axialen Verschiebung der Schiebenocken zusammenwirkende, mit Auflaufflächen (7.3, 7.4; 8.3, 8.4; 9.3, 9.4) versehene Verschiebekulissen (7.1, 7.2; 8.1, 8.2; 9.1, 9.2) mit drehbar auf der Zugstange (5) gelagerten Segmenten (10, 11) zusammenwirken, dadurch gekennzeichnet, dass die Kulisse (8.1, 8.2) des mittleren der drei Zylinder mit parallel angeordneten, radialen Mitnahmeflächen (8.3, 8.4) für einen Mitnahmestift (13) zur axialen Verschiebung der Zugstange (5) an dem ihr zugeordneten Schiebenocken (3.2) versehen ist.