DE102012218803A1 - Valve gear of an internal combustion engine - Google Patents
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- F01—MACHINES OR ENGINES IN GENERAL; ENGINE PLANTS IN GENERAL; STEAM ENGINES
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- F01L13/00—Modifications of valve-gear to facilitate reversing, braking, starting, changing compression ratio, or other specific operations
- F01L13/0015—Modifications of valve-gear to facilitate reversing, braking, starting, changing compression ratio, or other specific operations for optimising engine performances by modifying valve lift according to various working parameters, e.g. rotational speed, load, torque
- F01L13/0036—Modifications of valve-gear to facilitate reversing, braking, starting, changing compression ratio, or other specific operations for optimising engine performances by modifying valve lift according to various working parameters, e.g. rotational speed, load, torque the valves being driven by two or more cams with different shape, size or timing or a single cam profiled in axial and radial direction
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Abstract
Vorgeschlagen ist ein Schiebenocken-Ventiltrieb einer Brennkraftmaschine. Ein auf einer Trägerwelle (2) zwischen zwei Axialpositionen verschiebbares Nockenstück (3) umfasst eine Nockengruppe unmittelbar benachbarter Nocken (4, 5), eine nutförmige Axialkulisse (8) und eine Rastiervorrichtung (10, 11, 12), die die Axialpositionen des Nockenstücks auf der Trägerwelle stabilisiert. Erfindungsgemäß sollen sich die Steuerzeiten der Axialkulisse und des Gaswechselventils (7) stets überlappen, so dass zumindest eine der Nockenerhebungen das Gaswechselventil zu einem Nockenwellenwinkel (αV0) öffnet, der noch innerhalb der Axialhubphase des sich verschiebenden Nockenstücks liegt.A sliding cam valve train of an internal combustion engine is proposed. A cam piece (3) that can be displaced on a support shaft (2) between two axial positions comprises a group of cams (4, 5) immediately adjacent, a groove-shaped axial link (8) and a locking device (10, 11, 12) which define the axial positions of the cam piece the carrier wave stabilized. According to the invention, the control times of the axial link and the gas exchange valve (7) should always overlap, so that at least one of the cam lobes opens the gas exchange valve at a camshaft angle (αV0) that is still within the axial stroke phase of the shifting cam piece.
Description
Die Erfindung betrifft einen Ventiltrieb einer Brennkraftmaschine, umfassend:
- – eine Nockenwelle mit einer Trägerwelle und einem Nockenstück, das auf der Trägerwelle drehfest und zwischen zumindest zwei Axialpositionen verschiebbar angeordnet ist und das eine Nockengruppe unmittelbar benachbarter Nocken mit voneinander verschiedenen Erhebungen und eine nutförmige Axialkulisse aufweist, sowie mit einer Rastiervorrichtung, die die Axialpositionen des Nockenstücks auf der Trägerwelle stabilisiert;
- – einen Aktuator mit einem in die Axialkulisse einkoppelbaren Betätigungsstift zum Verschieben des Nockenstücks;
- – und einen Nockenfolger, der die Erhebungen selektiv abgreift und auf ein Gaswechselventil überträgt.
- - A camshaft having a support shaft and a cam piece which is rotatably mounted on the support shaft and slidably disposed between at least two axial positions and having a cam group of immediately adjacent cams with mutually different elevations and a groove-shaped Axialkulisse, and with a Rastiervorrichtung, the axial positions of the cam piece stabilized on the carrier shaft;
- - An actuator with an engageable in the Axialkulisse actuating pin for moving the cam piece;
- - And a cam follower, which selectively picks up the surveys and transmits to a gas exchange valve.
Hintergrund der ErfindungBackground of the invention
Ein derartiger Ventiltrieb ist beispielsweise aus der
Aufgrund der umfangreichen Bauteiltoleranzkette im Ventiltrieb ist der Eingriff des Betätigungsstifts in die Axialnut stets mit Axialspiel behaftet, so dass die Verschiebung des Nockenstücks nicht nur aus der gegenseitigen Zwangsführung von Betätigungsstift und Axialnut, sondern auch aus trägheitsbedingten Freiflugphasen des Nockenstücks relativ zum Betätigungsstift resultiert. Die Massenträgheit des sich verschiebenden Nockenstücks wird in besonderem Ausmaß bei Axialkulissen mit sich kreuzenden Kulissenbahnen genutzt, die vor ihrem Kreuzungspunkt lediglich eine beschleunigende Nutflanke und nach dem Kreuzungspunkt lediglich eine verzögernde Nutflanke haben. Die
Wie zuvor erläutert, muss der Axialhubverlauf der Axialkulisse, d.h. deren Kinematik so beschaffen sein, dass das Nockenstück in einem möglichst großen Drehzahlbereich rechtzeitig und ausreichend weit zwischen den Axialpositionen verschoben wird. Maßgeblich entscheidend für die kinematische Gestaltung der Axialkulisse sind die betrieblich auf das Nockenstück wirkenden Beschleunigungs-, Trägheits- und Reibungskräfte sowie die Summe der Bauteiltoleranzen. Umgekehrt hat die Kinematik der Axialkulisse direkten Einfluss auf die Kontaktkräfte zwischen dem Betätigungsstift und den Nutflanken, wobei diese Kontaktkräfte auch bei hohen Axialbeschleunigungen des Nockenstücks, d.h. bei hohen Nockenwellendrehzahlen oder bei einer kurzen Grundkreisphase der Nockenerhebungen erträglich bleiben müssen.As previously explained, the axial stroke of the axial slide, i. their kinematics are such that the cam piece is moved in a timely manner and sufficiently far between the axial positions in the largest possible speed range. Decisively decisive for the kinematic design of the Axialkulisse are acting on the cam piece acceleration, inertia and friction forces and the sum of the component tolerances. Conversely, the kinematics of the Axial Kulisse has a direct influence on the contact forces between the actuating pin and the groove flanks, said contact forces even at high axial accelerations of the cam piece, i. must remain bearable at high camshaft speeds or a short base circle phase of the cam lobes.
Aufgabe der ErfindungObject of the invention
Der vorliegenden Erfindung liegt die Aufgabe zugrunde, einen Ventiltrieb der eingangs genannten Art so fortzubilden, dass die Kinematik der Axialkulisse auch bei hohen Nockenwellendrehzahlen und/oder bei kurzen Grundkreisphasen zu moderaten Kontaktkräften zwischen dem Betätigungsstift und den Nutflanken der Axialkulisse führt.The present invention has the object, a valvetrain of the type mentioned in such a way that the kinematics of the Axialkulisse even at high camshaft speeds and / or short base circle phases leads to moderate contact forces between the actuating pin and the groove flanks of the Axialkulisse.
Zusammenfassung der ErfindungSummary of the invention
Die Lösung dieser Aufgabe ergibt sich dadurch, dass beim dynamischen Verschieben des Nockenstücks von der ersten in die zweite Axialposition stets die folgende Beziehung gilt:
Dabei sind:
- αV
- = Drehwinkel der Nockenwelle;
- αV0
- = Drehwinkel der Nockenwelle, bei dem der Nockenfolger beginnt, das Gaswechselventil mit der in der zweiten Axialposition übertragenen Erhebung zu öffnen;
- hS
- = momentaner Verschiebeweg des Nockenstücks bezüglich der ersten Axialposition;
- hR
- = axialer Abstand der stabilisierten Axialpositionen des Nockenstücks auf der Trägerwelle.
- α V
- = Angle of rotation of the camshaft;
- α V0
- = Angle of rotation of the camshaft, at which the cam follower begins to open the gas exchange valve with the elevation transmitted in the second axial position;
- h S
- = momentary displacement of the cam piece with respect to the first axial position;
- h R
- = axial distance of the stabilized axial positions of the cam piece on the carrier shaft.
In Worten ausgedrückt, besteht die Erfindung in den sich stets überlappenden Steuerzeiten der Axialkulisse und des Gaswechselventils und konkret darin, dass zumindest eine der Nockenerhebungen das Gaswechselventil zu einem Nockenwellenwinkel öffnet, der noch innerhalb der Axialhubphase des sich verschiebenden Nockenstücks liegt. Diese kinematische Ausgestaltung ermöglicht es gegenüber bekannten Ausführungen, den Verschiebeweg der Axialkulisse wesentlich zu verringern, wobei die Verschiebekraft, die für den verbleibenden Axialhub erforderlich ist, durch die Rastiervorrichtung selbst aufgebracht wird. Dieser verbleibende Axialhub wird im Laufe einer oder mehrerer nachfolgender Grundkreisphasen zurückgelegt, bis das Nockenstück in der zweiten Axialposition stabil eingerastet ist. Dieser stabile Zustand wird typischerweise durch Eintauchen einer seitens der Trägerwelle federbelasteten Rastkugel in eine Rastkontur im Nockenstück erreicht, wobei ein axialer Endanschlag für das Nockenstück durch die Rastkontur alleine oder in gemeinsam mit Umgebungsbauteilen, wie beispielsweise den Stirnflächen der Zylinderkopflagerstellen gebildet sein kann. Expressed in words, the invention consists in the always overlapping control times of the Axialkulisse and the gas exchange valve and concretely in that at least one of the cam lobes opens the gas exchange valve to a camshaft angle, which still within the Axialhubphase the shifting cam piece is located. This kinematic design makes it possible to substantially reduce the displacement of the Axialkulisse compared to known designs, wherein the displacement force which is required for the remaining Axialhub, is applied by the Rastiervorrichtung itself. This remaining Axialhub is covered in the course of one or more subsequent Grundkreisphasen until the cam piece is stably engaged in the second axial position. This stable state is typically achieved by immersing a spring-loaded by the carrier shaft detent ball in a detent contour in the cam piece, wherein an axial end stop for the cam piece can be formed by the detent contour alone or in common with surrounding components, such as the end faces of the cylinder head bearing points.
Der verringerte Verschiebeweg kann bei unverändert langer Grundkreisphase dazu genutzt werden, die Axialbeschleunigung der Axialkulisse abzusenken, oder bei unverändert hoher Axialbeschleunigung dazu, die Grundkreisphase zu verkürzen und folglich die Gaswechselventilerhebung zu verlängern. Kinematisch dazwischen liegende Ausgestaltungen sind ebenfalls möglich.The reduced displacement can be used with unchanged long base circle phase to lower the axial acceleration of the Axialkulisse, or with unchanged high axial acceleration to shorten the base circle phase and thus to extend the gas exchange valve lift. Kinematically intervening embodiments are also possible.
Kurze Beschreibung der ZeichnungenBrief description of the drawings
Weitere Merkmale der Erfindung ergeben sich auf der nachfolgenden Beschreibung und aus den Zeichnungen, in denen ein erfindungsgemäßer Ventiltrieb erläutert ist. Sofern nicht anders erwähnt, sind dabei gleiche oder funktionsgleiche Merkmale oder Bauteile mit gleichen Bezugszahlen versehen. Es zeigen:Further features of the invention will become apparent from the following description and from the drawings, in which an inventive valve train is explained. Unless otherwise stated, the same or functionally identical features or components are provided with the same reference numbers. Show it:
Detaillierte Beschreibung der ZeichnungenDetailed description of the drawings
Die Erfindung sei ausgehend von
Die zur betriebspunktabhängigen Aktivierung des jeweiligen Nockens
Das in
Die das Nockenstück
Die in der Axialkulisse
Die Sequenz der dynamischen Verschiebung des Nockenstücks
- a) Radiales Eintauchen des Betätigungsstifts
9 indie Axialkulisse 8 , ohne dieNutflanken 13 und14 zu berühren. - b) Erstkontakt des Betätigungsstifts
mit der Beschleunigungsflanke 13 . - c) Verschieben des Nockenstücks in Richtung der zweiten Axialposition aufgrund der Zwangsführung der Beschleunigungsflanke am Betätigungsstift.
- d) Infolge der Massenträgheit des Nockenstücks kontaktiert die
Verzögerungsflanke 14 den Betätigungsstift 9 ; diese mit gepunkteter Linie dargestellte Position des Betätigungsstifts korrespondiert mit der Zwischenposition hS0 der Nockenrolle6 beim Ventilöffnungswinkel αV0. Die mit gepunkteter Linie dargestellte Nockenrolle verläuft in dieser Grenzposition gerade noch bündig zum Nachbarnocken5 , ohne mit diesem während des nun beginnenden Ventilhubs hV4 zu kollidieren. Für den momentanen Verschiebeweg beim Nockenwellendrehwinkel αV0 gilt nun stets: hS0 = hS(αV = αV0) < hR. In Worten ausgedrückt: der dynamische, d.h. durch Beschleunigungs-, Trägheits- und Reibungskräfte bedingte Verschiebeweg des Nockenstücks ist bei gerade beginnendem Ventilhub hV4 immer kleiner als der axiale Abstand hR der stabilisierten Axialpositionen. Dementsprechend befindet sich dieRastkugel 10 in dieser Zwischenposition noch vor dem stabilen, d.h. tiefsten Punkt derRastmulde 11 . - e) Austauchen des Betätigungsstifts auf der radial ansteigenden Ausfahrrampe (nicht dargestellt) der Axialkulisse. Eine Verschiebung des infolge der Ventilbetätigungskräfte mit hohen axialen Reibkräften belasteten Nockenstücks erfolgt während der Übertragung der Ventilhübe hV nicht oder allenfalls in einem nicht nennenswerten Umfang.
- a) Radial immersion of the
actuating pin 9 into the axial scenery8th , without the groove flanks13 and14 to touch. - b) initial contact of the actuating pin with the
acceleration edge 13 , - c) displacement of the cam piece in the direction of the second axial position due to the positive guidance of the acceleration edge on the actuating pin.
- d) Due to the inertia of the cam piece contacted the
delay edge 14 theactuating pin 9 ; this dotted line position of the actuating pin corresponds to the intermediate position h S0 of thecam roller 6 at the valve opening angle α V0 . The dotted line cam roller runs in this limit position just flush with the neighboringcam 5 without colliding with it during the now starting valve stroke h V4 . For the instantaneous displacement at the camshaft rotation angle α V0, the following applies: h S0 = h S (α V = α V0 ) <h R. In other words, the dynamic displacement path of the cam piece, ie due to acceleration, inertia and frictional forces, is included just starting valve lift h V4 always smaller than the axial distance h R of the stabilized axial positions. Accordingly, there is thedetent ball 10 in this intermediate position even before the stable, ie lowest point of thedetent recess 11 , - e) dipping the actuating pin on the radially rising Ausfahrrampe (not shown) of the Axialkulisse. A displacement of the loaded due to the valve actuating forces with high axial friction forces cam piece is not during the transfer of the valve strokes h V or at most to an insignificant extent.
In der zweiten Axialposition befindet sich die Rastkugel
BezugszeichenlisteLIST OF REFERENCE NUMBERS
- 11
- Nockenwelle camshaft
- 22
- Trägerwelle carrier wave
- 33
- Nockenstück cam piece
- 44
- Nocken cam
- 55
- Nocken cam
- 66
- Nockenfolger / Nockenrolle Cam follower / cam roller
- 77
- Gaswechselventil Gas exchange valve
- 88th
- Axialkulisse axial slotted
- 99
- Betätigungsstift actuating pin
- 1010
- Rastkugel detent ball
- 1111
- Rastmulde catch recess
- 1212
- Rastmulde catch recess
- 1313
- Beschleunigungsflanke acceleration edge
- 1414
- Verzögerungsflanke delay edge
ZITATE ENTHALTEN IN DER BESCHREIBUNG QUOTES INCLUDE IN THE DESCRIPTION
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Zitierte PatentliteraturCited patent literature
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- DE 10148177 A1 [0003] DE 10148177 A1 [0003]
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