DE102013001756A1

DE102013001756A1 - Nockenwellenverstellvorrichtung

Info

Publication number: DE102013001756A1
Application number: DE201310001756
Authority: DE
Inventors: Thomas Stolk; Alexander von Gaisberg-Helfenberg
Original assignee: Daimler AG
Current assignee: Mercedes Benz Group AG
Priority date: 2013-02-01
Filing date: 2013-02-01
Publication date: 2014-08-07

Abstract

Die Erfindung betrifft ein Nockenwellenverstellvorrichtung für eine Brennkraftmaschine, mit zumindest einer Schaltkulisse (10), die zur axialen Schaltung zumindest eines axial verschiebbaren Nockenelements (11) zwei zumindest teilweise einstückig miteinander ausgebildete Kulissenbahnen (12, 13) aufweist, die zur Schaltung in unterschiedliche Schaltrichtungen vorgesehen sind, und mit zumindest einem Schaltpin (14, 15) zum Eingriff in die Kulissenbahnen (12, 13), wobei zumindest der eine Schaltpin (14, 15) zumindest während des Eingriffs in eine der Kulissenbahnen (12, 13) der entsprechenden Kulissenbahn (12, 13) unabhängig von einer Drehrichtung des Nockenelements (11) eindeutig zugeordnet ist.

Description

Die Erfindung betrifft eine Nockenwellenverstellvorrichtung nach dem Oberbegriff des Anspruchs 1.
Es sind bereits Nockenwellenverstellvorrichtungen für eine Brennkraftmaschine, mit zumindest einer Schaltkulisse, die zur axialen Schaltung zumindest eines axial verschiebbaren Nockenelements zwei zumindest teilweise einstückig miteinander ausgebildete Kulissenbahnen aufweist, die zur Schaltung in unterschiedliche Schaltrichtung vorgesehen sind, und mit zumindest einem Schaltpin zum Eingriff in die Kulissenbahnen, bekannt.
Der Erfindung liegt insbesondere die Aufgabe zugrunde, eine Nockenwellenverstellvorrichtung bereitzustellen, bei der eine Schaltstellung von Nockenelementen immer, insbesondere auch bei einem beispielsweise durch Abwürgen einer Brennkraftmaschine hervorgerufenen Rückdrehen der Nockenelemente, eindeutig ist, wodurch eine besonders vorteilhaft gegen Zerstörung gesicherte Nockenwellenverstellvorrichtung bereitgestellt werden kann. Sie wird durch eine erfindungsgemäße Nockenwellenverstellvorrichtung entsprechend dem Anspruch 1 gelöst. Weiterbildungen der Erfindung ergeben sich aus den abhängigen Ansprüchen.
Die Erfindung geht aus von einer Nockenwellenverstellvorrichtung für eine Brennkraftmaschine, mit zumindest einer Schaltkulisse, die zur axialen Schaltung zumindest eines axial verschiebbaren Nockenelements zwei zumindest teilweise einstückig miteinander ausgebildete Kulissenbahnen aufweist, die zur Schaltung in unterschiedliche Schaltrichtungen vorgesehen sind, und mit zumindest einem Schaltpin zum Eingriff in die Kulissenbahnen.
Es wird vorgeschlagen, dass zumindest der eine Schaltpin zumindest während des Eingriffs in eine der Kulissenbahnen der entsprechenden Kulissenbahn unabhängig von einer Drehrichtung des Nockenelements eindeutig zugeordnet ist. Dadurch kann eine Fehlschaltung infolge eines beispielsweise durch ein Abwürgen der Brennkraftmaschine hervorgerufenen Rückdrehens des Nockenelements vorteilhaft immer verhindert werden und dadurch eine besonders gegen Zerstörung gesicherte Nockenwellenverstellvorrichtung bereitgestellt werden. Unter einem „Nockenelement” soll insbesondere ein Element verstanden werden, das drehfest auf einer Nockenwelle angeordnet und zur Betätigung eines Ventils dazu vorgesehen ist, das entsprechende Ventil direkt oder indirekt mit zumindest einem Hub zu beaufschlagen. Unter einer „Nockenwelle” soll dabei insbesondere eine Welle verstanden werden, die zur Betätigung mehrerer Ventile einer Kraftfahrzeugbrennkraftmaschine vorgesehen ist und zur Betätigung eines Ventils jeweils zumindest eine Nockenbahn aufweist. Dabei ist es sowohl denkbar, dass die Nockenwelle als Einlassnockenwelle ausgebildet und dazu vorgesehen ist, Einlassventile zu betätigen, als auch, dass die Nockenwelle als Auslassnockenwelle ausgebildet und dazu vorgesehen ist, Auslassventile zu betätigen oder dass die Nockenwelle als kombinierte Ein- Auslassnockenwelle ausgebildet und dazu vorgesehen ist zumindest ein Ein- und zumindest ein Auslassventil zu betätigen. Unter „axial verschiebbar” soll dabei insbesondere verstanden werden, dass das Nockenelement entlang einer Verschiebeachse, die insbesondere koaxial zu einer Hauptrotationsachse der Nockenwelle liegt, um die die Nockenwelle während eines Betriebs rotiert, verschoben werden kann und so eine axiale Position des Nockenelements auf der Nockenwelle verstellt werden kann. Unter einer „Kulissenbahn” soll insbesondere eine Bahn zur ein- oder beidseitigen Zwangsführung eines Schaltpins verstanden werden. Die Kulissenbahn ist vorzugsweise in Form eines Stegs, in Form eines Schlitzes und/oder in Form einer Nut ausgebildet. Der Schaltpin ist vorzugsweise in Form eines den Steg umgreifenden Schaltschuhs, in Form eines in den Schlitz eingreifenden Pins und/oder in Form eines in der Nut geführten Pins ausgebildet. Unter „eingreifen” soll dabei insbesondere in einen formschlüssigen Kontakt treten verstanden werden, wobei insbesondere der Schaltpin in zwei axialen Richtungen formschlüssig mit der Kulissenbahn in Kontakt tritt. Unter „vorgesehen” soll insbesondere speziell ausgelegt und/oder ausgestattet verstanden werden.
Weiter wird vorgeschlagen, dass zumindest der eine Schaltpin einen rotationsasymmetrischen Querschnitt aufweist. Dadurch kann eine Zuordnung eines Schaltpins zu der entsprechenden Kulissenbahn besonders einfach erfolgen. Unter „rotationsasymmetrisch” soll dabei insbesondere zu einer Mittelachse, die koaxial zu der Schaltrichtung des Schaltpins verläuft, asymmetrisch verstanden werden. Dabei weist der Schaltpin vorzugsweise einen ovalen Querschnitt auf, wobei es natürlich auch denkbar wäre, dass der Schaltpin einen anderen, dem Fachmann als sinnvoll erscheinenden rotationsasymmetrischen Querschnitt aufweist.
Ferner wird vorgeschlagen, dass zumindest der eine Schaltpin einen festen Relativwinkel zu der entsprechenden Kulissenbahn aufweist. Dadurch kann der Schaltpin für eine Zuordnung zu der entsprechenden Kulissenbahn ausgerichtet werden. Unter einem „festen Relativwinkel” soll dabei insbesondere verstanden werden, dass der Schaltpin in seiner Ausrichtung zu der entsprechenden Kulissenbahn, also zu einer Drehrichtung des Nockenelements, während er in die Kulissenbahn eingespurt ist, zumindest im Wesentlichen konstant bleibet, also insbesondere drehfest zu den Kulissenbahnen angeordnet ist und sich insbesondere nicht um seine Längsachse drehen kann.
Außerdem wird vorgeschlagen, dass der zumindest eine Schaltpin einen Relativwinkel aufweist, der beispielsweise durch Umschalten zumindest zwei unterschiedliche Werte annehmen kann. Dadurch kann der Schaltpin besonders einfach seine Zuordnung zu der jeweiligen Kulissenbahnen wechseln.
Zudem wird vorgeschlagen, dass die Nockenwellenverstellvorrichtung zwei Schaltpins aufweist, wobei der erste Schaltpin und der zweite Schaltpin einen Relativwinkel zueinander aufweisen. Dadurch können die beiden Schaltpins besonders vorteilhaft jeweils dem der entsprechenden Kulissenbahn zugeordnet werden. Unter „einen Relativwinkel zueinander aufweisen” soll dabei insbesondere verstanden werden, dass Hauptachsen der beiden Schaltopins eine unterschiedliche Ausrichtung aufweisen.
Außerdem wird vorgeschlagen, dass die Querschnitte der Schaltpins jeweils eine Hauptachse aufweisen, die zumindest im Wesentlichen koaxial zu einem Verlauf eines Schaltsegments der dem Schaltpin zugeordneten Kulissenbahn verläuft. Dadurch kann der jeweilige Schaltpin besonders einfach der entsprechenden Kulissenbahn zugeordnet werden. Unter einer „Hauptachse” soll dabei insbesondere eine Achse des Querschnitts verstanden werden. Unter „zumindest im Wesentlichen koaxial” soll dabei insbesondere verstanden werden, dass die Hauptachse des Schaltpins um höchstens 10%, vorzugsweise um höchstens 5% und in einer besonders vorteilhaften Ausgestaltung um weniger als 3% von dem Verlauf des Schaltsegments abweicht. Unter einem „Verlauf des Schaltsegments” soll dabei insbesondere eine Richtung verstanden werden, in der ein in das Schaltsegment eingreifender Schaltpin von dem Schaltsegment zwangsgeführt wird.
Ferner wird vorgeschlagen, dass die Hauptachsen der Querschnitte der Schaltpins zumindest in montiertem Zustand in Richtung des gemeinsamen Ausspursegments aufeinander zulaufen. Dadurch können die Schaltpins besonders einfach und vorteilhaft für eine eindeutige drehrichtungsunabhängige Zuordnung zu der entsprechenden Kulissenbahn ausgerichtet werden.
Weitere Vorteile ergeben sich aus der folgenden Figurenbeschreibung. In den Figuren ist ein Ausführungsbeispiel der Erfindung dargestellt. Die Figuren, die Figurenbeschreibung und die Ansprüche enthalten zahlreiche Merkmale in Kombination. Der Fachmann wird die Merkmale zweckmäßigerweise auch einzeln betrachten und zu sinnvollen weiteren Kombinationen zusammenfassen.
Dabei zeigen:
1 eine schematische Darstellung einer erfindungsgemäßen Nockenwellenverstellvorrichtung mit einem Nockenelement in einer zweiten Schaltstellung,
2 eine schematische Darstellung der Nockenwellenverstellvorrichtung mit dem Nockenelement in einer ersten Schaltstellung, mit zwei Schaltpins in einer schematischen Schnittansicht,
3 eine schematische Darstellung des Nockenelements mit den zwei Schaltpins in einer Schnittansicht am Ende eines Schaltvorgangs in die zweite Schaltstellung und
4 eine schematische Darstellung des Nockenelements mit den zwei Schaltpins in einer Schnittansicht am Ende eines Schaltvorgangs in die erste Schaltstellung.
Die 1 bis 4 zeigen eine erfindungsgemäße Nockenwellenverstellvorrichtung. Die Nockenwellenverstellvorrichtung ist Teil einer nicht näher dargestellten Brennkraftmaschine eines Kraftfahrzeugs. Die Brennkraftmaschine ist zur Erzeugung einer Antriebsenergie für das Kraftfahrzeug vorgesehen. Die Brennkraftmaschine umfasst eine dem Fachmann als sinnvoll erscheinende Anzahl an Zylindern. Die Brennkraftmaschine weist je Zylinder zwei als Einlassventile ausgebildete Ventile und zwei als Auslassventile ausgebildete Ventile auf. Grundsätzlich ist es auch denkbar, dass die Brennkraftmaschine je Zylinder eine andere, dem Fachmann als sinnvoll erscheinende Anzahl an Ventilen aufweist. Die Ventiltriebvorrichtung umfasst zur Betätigung der Ventile eine Nockenwellenverstellvorrichtung, die zur Betätigung der als Einlassventile ausgebildeten Ventile eine als Einlassnockenwelle ausgebildete Nockenwelle 21 und zur Betätigung der als Auslassventile ausgebildeten Ventile eine nicht näher dargestellte, als Auslassnockenwelle ausgebildete Nockenwelle aufweist. Je Zylinder weist die Nockenwellenverstellvorrichtung jeweils ein Nockenelement 11 auf. Die Nockenelemente 11 sind dabei axial verschiebbar auf der entsprechenden Nockenwelle 21 gelagert. Dabei sind die Nockenelemente 11 drehfest auf der entsprechenden Nockenwelle 21 angeordnet. Im Folgenden sollen lediglich die als Einlassnockenwelle ausgebildete Nockenwelle 21 und ein darauf angeordnetes Nockenelemente beschrieben werden. Die Beschreibung der als Einlassnockenwelle ausgebildeten Nockenwelle 21 und des auf ihr angeordnete Nockenelements 11 kann auch zur Erläuterung der restlichen Nockenelemente und der als Auslassnockenwelle ausgebildeten Nockenwelle und der darauf angeordneten Nockenelemente herangezogen werden.
Die Nockenelemente 11 umfassen je zu betätigendem Ventil zwei Nockenbahnen 22, 23. Die ersten Nockenbahnen 22 sind einem ersten Betriebsbereich und die zweiten Nockenbahnen 23 einem zweiten Betriebsbereich der Kraftfahrzeugbrennkraftmaschine zugeordnet. Die zweiten Nockenbahnen 23 weisen dabei beispielsweise eine größere Erhebung auf als die ersten Nockenbahnen 22 und lösen dadurch bei dem entsprechenden Ventil eine größere Ventilerhebung aus. Die Nockenwellenverstellvorrichtung ist dazu vorgesehen, die Nockenelemente 11 zwischen den ersten Nockenbahnen 22 und den zweiten Nockenbahnen 23 umzuschalten, wobei jeweils die ersten Nockenbahnen 22 oder die zweiten Nockenbahnen 23 eines Nockenelements 11 mit dem entsprechenden Ventil in Eingriff sind und dieses betätigen. Das Nockenelement 11 weist zwei Schaltstellungen auf. In den zwei Schaltstellungen weist das Nockenelement 11 jeweils eine unterschiedliche axiale Stellung auf der Nockenwelle 21 auf. In einer ersten Schaltstellung des Nockenelements 11 sind die ersten Nockenbahnen 22 in Eingriff und betätigen das entsprechende Ventil. In einer zweiten Schaltstellung des Nockenelements 11 sind die zweiten Nockenbahnen 23 in Eingriff und betätigen das entsprechende Ventil. Grundsätzlich ist es auch denkbar, dass die Nockenelemente je zu betätigendem Ventil eine andere Anzahl an Nockenbahnen 22, 23 aufweisen. Grundsätzlich ist es ebenfalls denkbar, dass die Nockenelemente jeweils lediglich Nockenbahnen 22, 23 zur Betätigung eines Ventils aufweisen. Aus Übersichtlichkeitsgründen werden im Folgenden lediglich das Nockenelement 11 und dessen Nockenbahnen 22, 23 zur Betätigung eines Ventils näher beschrieben und dargestellt. Die folgende Beschreibung ist dabei auch für die restlichen Nockenelemente der Brennkraftmaschine gültig und kann zu deren Erläuterung herangezogen werden.
Die Nockenwellenverstellvorrichtung umfasst eine Schaltkulisse 10, die zur axialen Schaltung des Nockenelements 11 zwischen seinen beiden Schaltstellungen vorgesehen ist. Die Schaltkulisse 10 ist in einen Umfang des Nockenelements 11 eingebracht und dadurch einstückig mit dem Nockenelement 11 ausgebildet. Grundsätzlich ist es beispielsweise auch denkbar, dass die Schaltkulisse 10 als ein von dem Nockenelement 11 separates Bauteil ausgebildet ist, die auf eine dem Fachmann als sinnvoll erscheinende Weise mit dem Nockenelement 11 gekoppelt ist. Die Schaltkulisse 10 weist zwei teilweise einstückig miteinander ausgebildete Kulissenbahnen 12, 13 auf. Die zwei Kulissenbahnen 12, 13 sind jeweils für unterschiedliche Schaltrichtungen vorgesehen. Die erste Kulissenbahn 12 ist dabei für eine Schaltung des Nockenelements 11 von der ersten Schaltstellung in die zweite Schaltstellung vorgesehen. Die zweite Kulissenbahn 13 ist zur Schaltung des Nockenelements 11 von der zweiten Schaltstellung in die erste Schaltstellung vorgesehen. Dabei ist die Schaltrichtung der ersten Kulissenbahn 12. der Schaltrichtung der zweiten Kulissenbahn 13 entgegengesetzt. Die Kulissenbahnen 12, 13 weisen jeweils ein Einspursegment 24, 25 auf. Die Einspursegmente 24, 25 der Kulissenbahnen 12, 13 verlaufen in Umfangsrichtung und stehen orthogonal zu einer Haupterstreckungsrichtung des Nockenelements 11. In einem Bereich der Einspursegmente 24, 25 weisen die Kulissenbahnen 12, 13 in Drehrichtung des Nockenelements 11 eine kontinuierlich zunehmende Tiefe auf. Ein Kulissengrund der Kulissenbahnen 12, 13 fällt in den Einspursegmenten 24, 25 jeweils von seiner höchsten Ebene auf seine niedrigste Ebene ab. Die Einspursegmente 24, 25 der zwei Kulissenbahnen 12, 13 sind dabei parallel zueinander ausgerichtet und beabstandet zueinander angeordnet. Dabei weisen die Einspursegmente 24, 25 der beiden Kulissenbahnen 12, 13 einen Abstand voneinander auf, der einem halben Schaltweg zwischen der ersten Schaltstellung und der zweiten Schaltstellung entspricht.
Die zwei Kulissenbahnen 12, 13 weisen jeweils ein Schaltsegment 18, 19 auf. Die Schaltsegmente 18, 19 verlaufen schräg zu der Umfangsrichtung des Nockenelements 11 und den Einspursegmenten 24, 25. Das Schaltsegment 18 der ersten Kulissenbahn 12 und das Schaltsegment 19 der zweiten Kulissenbahn 13 weisen jeweils einander entgegengesetzte Schaltrichtungen auf. Die Schaltsegmente 18, 19 der Kulissenbahnen 12, 13 laufen dabei aufeinander zu. Die Schaltsegmente 18, 19 weisen dabei einen auf das Einspursegment 24, 25 folgenden, zur Beschleunigung des Nockenelements 11 vorgesehenen Teilbereich auf. In den zur Beschleunigung vorgesehenen Teilbereichen weisen die Schaltsegmente 18, 19 eine in Schaltrichtung sukzessive zunehmende Axialkomponente auf. Dabei sind die zur Beschleunigung des Nockenelements 11 vorgesehenen Teilbereiche dazu vorgesehen, das Nockenelement 11 axial in der jeweiligen Schaltrichtung zu beschleunigen. Die Schaltsegmente 18, 19 weisen jeweils einen zur Verzögerung des Nockenelements 11 vorgesehenen Teilbereich auf. Die Teilbereiche zur Verzögerung des Nockenelements 11 der Schaltsegmente 18, 19 der zwei Kulissenbahnen 12, 13 sind dabei teilweise einstückig miteinander ausgebildet. Die Kulissenbahnen 12, 13 treffen in den zur Verzögerung ausgebildeten Teilbereichen der jeweiligen Schaltsegmente 18, 19 aufeinander. Die Kulissenbahnen 12, 13 weisen jeweils eine Innenwandung 26, 27 auf, die die jeweilige Kulissenbahn 12, 13 in den Einspursegmenten 24, 25 und den Schaltsegmenten 18, 19 in Richtung der jeweiligen anderen Kulissenbahn 12, 13 begrenzen. Die Innenwandungen 26, 27 sind teilweise konkav ausgebildet und laufen in Richtung der zur Verzögerung vorgesehenen Teilbereiche der beiden Schaltsegmente 18, 19 in einem Kontaktpunkt 28 zusammen, ab dem die beiden Kulissenbahnen 12, 13 in einer von den Einspursegmenten 24, 25 abgewandten Richtung einstückig miteinander ausgebildet sind. Die Kulissenbahnen 12, 13 weisen jeweils eine Außenwandung 29, 30 auf, die die Kulissenbahnen 12, 13 jeweils auf einer der anderen Kulissenbahn 12, 13 abgewandten Seite begrenzen. Dabei sind die beiden Außenwandungen 29, 30 S-förmig ausgebildet. Dabei sind sowohl die beiden Außenwandungen 29, 30 als auch die beiden Innenwandungen 26, 27 der beiden Kulissenbahnen 12, 13 zu einer in Umfangsrichtung durch den Kontaktpunkt 28 der beiden Innenwandungen 26, 27 verlaufenden Spiegelache spiegelbildlich zueinander ausgebildet. Die Kulissenbahnen 12, 13 weisen ein gemeinsames Ausspursegment 20 auf, das unmittelbar die zusammenlaufenden zur Verzögerung des Nockenelements 11 vorgesehenen Teilbereiche der beiden Schaltsegmente 18, 19 der Kulissenbahnen 12, 13 anschließt. Das Ausspursegment 20 weist dabei eine in Drehrichtung abnehmende Tiefe auf. Der Kulissengrund der Kulissenbahnen 12, 13 steigt in dem Ausspursegment 20 von seiner niedrigsten Ebene wieder auf seine höchste Ebene an. Das Ausspursegment 20 der zwei Kulissenbahnen 12, 13 ist dabei parallel verschoben zu den Einspursegmenten 24, 25 ausgerichtet und ist dabei mittig zwischen dem Einspursegment 24 der ersten Kulissenbahn 12 und dem Einspursegment 25 der zweiten Kulissenbahn 13 angeordnet. Die Schaltkulisse 10 ist als eine V-Schaltkulisse 10 ausgebildet, wobei die zwei Kulissenbahnen 12, 13 der Schaltkulisse 10 in Rotationsrichtung des Nockenelements 11 eine Y-Form ausbilden.
Die Nockenwellenverstellvorrichtung umfasst einen Aktuator 31. Der Aktuator 31 ist gehäusefest angeordnet. Der Aktuator 31 ist zur Verschiebung des Nockenelements 11 vorgesehen. Je Nockenelement 11 umfasst die Nockenwellenverstellvorrichtung einen Aktuator 31. Grundsätzlich ist es auch denkbar, dass die Nockenwellenverstellvorrichtung zur Schaltung von zwei oder mehr Nockenelementen je einen Aktuator 31 aufweist. Im Folgenden wird lediglich der Aktuator 31 zur Verschiebung des dargestellten Nockenelements 11 beschrieben, wobei die Beschreibung zur Erläuterung weiterer Aktuatoren der Nockenwellenverstellvorrichtung herangezogen werden kann. Der Aktuator 31 umfasst einen ersten Schaltpin 14 und einen zweiten Schaltpin 15. Jeder der Schaltpins 14, 15 ist dabei einer der Kulissenbahnen 12, 13 zugeordnet. Der erste Schaltpin 14 ist zum Eingriff in die erste Kulissenbahn 12 vorgesehen und dazu ausschließlich der ersten Kulissenbahn 12 zugeordnet. Der zweite Schaltpin 15 ist zum Eingriff in die zweite Kulissenbahn 13 vorgesehen und dazu ausschließlich der zweiten Kulissenbahn 13 zugeordnet. Die Schaltpins 14, 15 sind als Stifte ausgebildet. Die Schaltpins 14, 15 sind axial entlang einer Verschiebeachse verschiebbar in dem Aktuator 31 geführt, wobei die Schaltpins 14, 15 in einem montierten Zustand zumindest annähernd senkrecht auf einer Hauptrotationsachse des Nockenelements 11 bzw. der Nockenwelle 21 stehen.
Die Schaltpins 14, 15 weisen jeweils einen unbetätigten Zustand und einen betätigten Zustand auf. In einem unbetätigten Zustand greift der entsprechende Schaltpin 14, 15 nicht in die ihm zugeordnete Kulissenbahn 12, 13 ein und ist vorzugsweise in den Aktuator 31 eingefahren. In einem betätigten Zustand greift der entsprechende Schaltpin 14, 15 in die dem Schaltpin 14, 15 zugeordnete Kulissenbahn 12, 13 ein und ist aus dem Aktuator 31 herausgefahren. Zum Schalten der Schaltpins 14, 15 zwischen ihrem unbetätigten Zustand in ihren betätigten Zustand werden die Schaltpins 14, 15 entlang der Verschiebeachse linear verschoben. Zum Verschieben der Schaltpins 14, 15 weist der Aktuator 31 ein nicht näher dargestelltes Aktuatorelement auf. Das Aktuatorelement ist als ein elektromagnetisches Aktuatorelement ausgebildet und beaufschlagt den entsprechenden Schaltpin 14, 15 durch ein elektromagnetisches Wirkprinzip mit einer Schaltkraft und verstellt den Schaltpin 14, 15 so von einem Zustand in den anderen Zustand. Grundsätzlich ist es auch denkbar, dass das Aktuatorelement als ein anderes, dem Fachmann als sinnvoll erscheinendes Aktuatorelement, beispielsweise als ein pneumatisches Aktuatorelement, ausgebildet ist.
Zur Steuerung des Aktuators 31 weist die Nockenwellenverstellvorrichtung eine Steuer- und Regeleinheit 32 auf. Die Steuer- und Regeleinheit 32 ist als ein Teil eines Motorsteuergerätes ausgebildet. Grundsätzlich ist es auch denkbar, dass die Steuer- und Regeleinheit 32 als ein eigenständiges Steuergerät ausgebildet ist. Die Steuer- und Regeleinheit 32 steuert den Aktuator 31 über ein elektrisches oder elektronisches Signal, das über eine Verkabelung von der Steuer- und Regeleinheit 32 an den Aktuator 31 übertragen wird. Die Steuer- und Regeleinheit 32 bestromt den Aktuator 31, um den entsprechenden Schaltpin 14, 15 zwischen seinem unbetätigten Zustand und seinem betätigten Zustand umzuschalten. Dabei wird der Aktuator 31 zum Schalten des entsprechenden Schaltpins 14, 15 von dem unbetätigten Zustand in den betätigen Zustand bestromt und bleibt dabei zum Halten des entsprechenden Schaltpins 14, 15 in dem betätigten Zustand weiter bestromt. Grundsätzlich ist es auch denkbar, dass der Aktuator 31 in dem betätigten Zustand des Schaltpins 14, 15 eine selbsthaltende Funktion aufweist. Der Schaltpin 14, 15 verbleibt dann bei unbestromtem Aktuator 31 in seinem betätigten Zustand. Er kann durch äußere Krafteinwirkung, wie beispielsweise durch den Kontakt mit einem ansteigenden Kulissengrund in dem Ausspursegment 20 der Kulissenbahn 12, 13, wieder zurück in den unbetätigten Zustand geschoben werden. In dem unbetätigten Zustand des entsprechenden Schaltpins 14, 15 ist der Aktuator 31 von der Steuer- und Regeleinheit 32 unbestromt.
In der ersten Schaltstellung des Nockenelements 11 befindet sich der erste Schaltpin 14 des Aktuators 31 in einem nockenwellenaxialen Bereich des Einspursegments 24 unmittelbar oberhalb der ersten Kulissenbahn 12, der der erste Schaltpin 14 zugeordnet ist. Zum Schalten des Nockenelements 11 von der ersten Schaltstellung in die zweite Schaltstellung schaltet die Steuer- und Regeleinheit 32 den ersten Schaltpin 14, während er sich über einem Anfang des Einspursegments 24 der ersten Kulissenbahn 12 befindet, von seinem unbetätigten Zustand in den betätigten Zustand, wodurch der erste Schaltpin 14 über das Einspursegment 24 in die erste Kulissenbahn 12 eingreift. Während sich das Nockenelement 11 in seiner normalen Drehrichtung unter dem ersten Schaltpin 14 wegdreht, verschiebt der erste Schaltpin 14 das Nockenelement 11 durch das Schaltsegment 18 der Kulissenbahn 12 von der ersten Schaltstellung in die zweite Schaltstellung. Durch den mit der zweiten Kulissenbahn 13 zusammen ausgebildeten Teilbereich zur Verzögerung des Nockenelements 11 und das gemeinsam von den beiden Kulissenbahnen 12, 13 ausgebildete Ausspursegment 20 spurt der erste Schaltpin 14 wieder aus der Schaltkulisse 10 bzw. der ersten Kulissenbahn 12 aus und der Schaltvorgang von der ersten Schaltstellung in die zweite Schaltstellung des Nockenelements 11 ist abgeschlossen. In 2 ist dabei schematisch ein Verlauf 33 des Schaltpins 14 für den Schaltvorgang von der ersten Schaltstellung in die zweite Schaltstellung des Nockenelements 11 dargestellt.
In der zweiten Schaltstellung des Nockenelements 11 befindet sich der zweite Schaltpin 15 des Aktuators 31 in einem nockenwellenaxialen Bereich des Einspursegments 25 unmittelbar oberhalb der zweiten Kulissenbahn 13, der der zweite Schaltpin 15 zugeordnet ist. Zum Schalten des Nockenelements 11 von der zweiten Schaltstellung in die erste Schaltstellung schaltet die Steuer- und Regeleinheit 32 den zweiten Schaltpin 15, während er sich über einem Anfang des Einspursegments 25 der zweiten Kulissenbahn 13 befindet, von seinem unbetätigten Zustand in den betätigten Zustand, wodurch der zweite Schaltpin 15 über das Einspursegment 25 in die zweite Kulissenbahn 13 eingreift. Während sich das Nockenelement 11 in seiner normalen Drehrichtung unter dem zweiten Schaltpin 15 wegdreht, verschiebt der zweite Schaltpin 15 das Nockenelement 11 durch das Schaltsegment 19 der Kulissenbahn 13 von der zweiten Schaltstellung in die erste Schaltstellung. Durch den mit der ersten Kulissenbahn 12 zusammen ausgebildeten Teilbereich zur Verzögerung des Nockenelements 11 und das gemeinsam von den beiden Kulissenbahnen 12, 13 ausgebildete Ausspursegment 20 spurt der zweite Schaltpin 15 wieder aus der Schaltkulisse 10 bzw. der zweiten Kulissenbahn 13 aus und der Schaltvorgang von der zweiten Schaltstellung in die erste Schaltstellung des Nockenelements 11 ist abgeschlossen. In 1 ist dabei schematisch ein Verlauf 34 des Schaltpins 15 für den Schaltvorgang von der zweiten Schaltstellung in die erste Schaltstellung des Nockenelements 11 dargestellt.
Die Schaltpins 14, 15 sind dabei während eines Eingriffs in die entsprechende Kulissenbahn 12, 13, der sie zugeordnet sind, unabhängig von einer Drehrichtung des Nockenelements 11 der entsprechenden Kulissenbahn 12, 13 eindeutig zugeordnet. Von dem Zeitpunkt an, an dem der Schaltpin 14, 15 in die ihm zugeordnete Kulissenbahn 12, 13 über das entsprechende Einspursegment 24, 25 eintaucht bis zu dem Zeitpunkt, an dem der Schaltpin 14, 15 über das gemeinsame Ausspursegment 20 der Kulissenbahnen 12, 13 wieder aus der entsprechenden Kulissenbahn 12, 13 ausspurt und wieder seinen unbetätigten Zustand einnimmt, ist der Schaltpin 14, 15 seiner Kulissenbahn 12, 13, auch unabhängig von der Drehrichtung des Nockenelements 11, eindeutig zugeordnet. Bei einem, beispielsweise durch ein Abwürgen der Brennkraftmaschine hervorgerufenen, Drehen des Nockenelements 11 entgegen der normalen Drehrichtung bleibt der Schaltpin 14, 15 in seiner zugeordneten Kulissenbahn und der angefangene Schaltvorgang des Nockenelements 11 wird durch das Rückdrehen wieder rückgängig gemacht, selbst wenn der entsprechende Schaltpin 14, 15 beim Start des Rückdrehens des Nockenelements 11 in dem gemeinsamen Ausspursegment 20 oder den gemeinsam ausgebildeten Teilbereichen zur Verzögerung des Nockenelements 11 der Kulissenbahn 12, 13 angeordnet ist.
Zur eindeutigen Zuordnung der Schaltpins 14, 15 zu der entsprechenden Kulissenbahn 12, 13, der sie zugeordnet sind, weisen die Schaltpins 14, 15 jeweils einen rotationsasymmetrischen Querschnitt auf. Die Schaltpins 14, 15 weisen dabei einen ovalen Querschnitt auf. Dadurch weisen die Schaltpins 14, 15 im Querschnitt eine Hauptachse 16, 17 und eine orthogonal zu der Hauptachse 16, 17 angeordnete Nebenachse auf. Die Hauptachse 16, 17 ist dabei koaxial zu der Haupterstreckung, also der langen Seite des ovalen Querschnitts der Schaltpins, ausgerichtet. Dabei sind in den 2 bis 4 die Schaltpins 14, 15 jeweils schematisch in ihrem Querschnitt dargestellt, um eine Führung der Schaltpins 14, 15 in den Kulissenbahnen 12, 13 anschaulicher darzustellen.
Die Schaltpins 14, 15 weisen jeweils einen festen Relativwinkel zu der entsprechenden Kulissenbahn 12, 13 auf, der sie zugeordnet sind. Dazu sind die Schaltpins 12, 13 drehfest in dem Aktuator 31 angeordnet und lediglich axial entlang der Verschiebeachse verschiebbar. Dabei sind die Schaltpins 14, 15 durch eine dem Fachmann als sinnvoll erscheinende Verriegelungseinheit gegen Verdrehen gesichert. Die Drehrichtung des Nockenelements 11 und die Hauptachse der Querschnitte der Schaltpins 14, 15 weisen einen konstanten Winkel zueinander auf. Die Hauptachse 16, 17 der Querschnitte der Schaltpins 14, 15 verläuft dabei im Wesentlichen parallel zu einem Verlauf des Schaltsegments 18, 19 der Kulissenbahn 12, 13, der der entsprechende Schaltpin 14, 15 zugeordnet ist. Dadurch weisen der erste Schaltpin 14 und der zweite Schaltpin 15 einen Relativwinkel zueinander auf. Die Hauptachsen 16, 17 der Querschnitte der beiden Schaltpins 14, 15 sind in einem Winkel zueinander ausgerichtet und sind insbesondere nicht parallel zueinander. Die Hauptachsen 16, 17 der Querschnitte der Schaltpins 14, 15 laufen in montiertem Zustand in Richtung des gemeinsamen Ausspursegments 20 aufeinander zu.
Beispielhaft soll im Folgenden ein Rückdrehen des Nockenelements 11 während eines Schaltvorgangs des Nockenelements 11 beschrieben werden. Wie in 3 zu erkennen, ist hier ein Schaltung des Nockenelements 11 von der ersten Schaltstellung des Nockenelements 11 in die zweite Schaltstellung erfolgt, wobei sich der erste Schaltpin 14 noch in dem gemeinsamen Ausspursegment 20 der beiden Kulissenbahnen 12, 13 befindet. Bei einem zu diesem Zeitpunkt auftretenden Rückdrehen des Nockenelements 11 gleitet der erste Schaltpin 14 durch das gemeinsame Ausspursegment 20 zurück in Richtung der Schaltsegmente 18, 19 der Kulissenbahnen 12, 13. Durch den Relativwinkel des ersten Schaltpins 14 mit seinem ovalen Querschnitt zeigt ein den Schaltsegmenten 18, 19 und Einspursegmenten 24, 25 der Kulissenbahnen 12, 13 zugewandtes schmales Ende des Schaltpins 14 in Richtung der ersten Kulissenbahn 12, der der erste Schaltpin 14 zugeordnet ist. Dadurch spurt das den Einspursegmenten 24, 25 zugewandte Ende des ersten Schaltpins 14 automatisch in die erste Kulissenbahn 12 ein, wodurch der Schaltpin 14 eindeutig der ihm zugeordneten Kulissenbahn 12 zugeordnet ist. Ein Einspuren des ersten Schaltpins 14 in die zweite Kulissenbahn 12 ist durch eine Ausrichtung einer breiten Seite des ersten Schaltpins 14 in Richtung der zweiten Kulissenbahn 15 nicht möglich. Der Schaltpin 14 trifft mit seiner breiten Seite auf die Innenwandung 26 der ersten Kulissenbahn 12, wodurch er in die erste Kulissenbahn 12 gleitet.
Ein Rückdrehen des Nockenelements 11 während eines Schaltvorgangs von der zweiten Schaltstellung in die erste Schaltstellung des Nockenelements 11, in dem der zweite Schaltpin 15 in Eingriff ist, ist in 4 dargestellt. Ein Rückdrehen während der Schaltpin 15 schon in dem gemeinsamen Ausspursegment 20 angeordnet ist, erfolgt im Wesentlichen äquivalent zu dem Vorgang, bei dem der erste Schaltpin 14 in Eingriff ist. Ein den Einspursegmenten 24, 25 zugewandtes schmales Ende des zweiten Schaltpins 15 ist in Richtung der zweiten Kulissenbahn 15 gerichtet. Dadurch spurt der zweite Schaltpin 15 automatisch in die zweite Kulissenbahn 13 ein. Ein Einspuren des zweiten Schaltpins 15 in die erste Kulissenbahn 12 ist durch eine Ausrichtung einer breiten Seite des Schaltpins 15 in Richtung der ersten Kulissenbahn 12 nicht möglich.
Bezugszeichenliste

10: Schaltkulisse
11: Nockenelement
12: Kulissenbahn
13: Kulissenbahn
14: Schaltpin
15: Schaltpin
16: Hauptachse
17: Hauptachse
18: Schaltsegment
19: Schaltsegment
20: Ausspursegment
21: Nockenwelle
22: Nockenbahn
23: Nockenbahn
24: Einspursegment
25: Einspursegment
26: Innenwandung
27: Innenwandung
28: Kontaktpunkt
29: Außenwandung
30: Außenwandung
31: Aktuator
32: Steuer- und Regeleinheit
33: Verlauf
34: Verlauf

Claims

Nockenwellenverstellvorrichtung für eine Brennkraftmaschine, mit zumindest einer Schaltkulisse (10), die zur axialen Schaltung zumindest eines axial verschiebbaren Nockenelements (11) zwei zumindest teilweise einstückig miteinander ausgebildete Kulissenbahnen (12, 13) aufweist, die zur Schaltung in unterschiedliche Schaltrichtungen vorgesehen sind, und mit zumindest einem Schaltpin (14, 15) zum Eingriff in die Kulissenbahnen (12, 13), dadurch gekennzeichnet, dass der zumindest eine Schaltpin (14, 15) zumindest während des Eingriffs in eine der Kulissenbahnen (12, 13) der entsprechenden Kulissenbahn (12, 13) unabhängig von einer Drehrichtung des Nockenelements (11) eindeutig zugeordnet ist.
Nockenwellenverstellvorrichtung nach Anspruch 1, dadurch gekennzeichnet, dass zumindest einer der zumindest einen Schaltpins (14, 15) einen rotationsasymmetrischen Querschnitt aufweist.
Nockenwellenverstellvorrichtung nach Anspruch 1 oder 2, dadurch gekennzeichnet, dass zumindest einer der Schaltpins (14, 15) einen festen Relativwinkel zu der entsprechenden Kulissenbahn (12, 13) aufweist.
Nockenwellenverstellvorrichtung nach einem der vorhergehenden Ansprüche, dadurch gekennzeichnet, dass der Schaltpin einen Relativwinkel aufweist, der beispielsweise durch Umschalten zumindest zwei unterschiedliche Werte annehmen kann.
Nockenwellenverstellvorrichtung nach einem der vorhergehenden Ansprüche, dadurch gekennzeichnet, dass bei zumindest zwei Schaltpins 14, 15 der erste Schaltpin (14) und der zweite Schaltpin (15) einen Relativwinkel zueinander aufweisen.
Nockenwellenverstellvorrichtung zumindest nach einem der vorhergehenden Ansprüche, dadurch gekennzeichnet, dass der Querschnitt eines der Schaltpins (14, 15) jeweils eine Hauptachse (16, 17) aufweiset, die zumindest im Wesentlichen parallel zu einem Verlauf eines Schaltsegments (18, 19) der dem Schaltpin (14, 15) zugeordneten Kulissenbahn verläuft.
Nockenwellenverstellvorrichtung nach einem der vorhergehenden Ansprüche, dadurch gekennzeichnet, dass die Kulissenbahnen (12, 13) ein gemeinsames Ausspursegment (20) aufweisen.
Nockenwellenverstellvorrichtung zumindest nach Anspruch 5 bis 7, dadurch gekennzeichnet, dass die Hauptachsen (16, 17) der Querschnitte der Schaltpins (14, 15) zumindest in montiertem Zustand in Richtung des gemeinsamen Ausspursegments (20) aufeinander zulaufen.