-
Die Erfindung betrifft eine Ventiltriebvorrichtung für eine Brennkraftmaschine eines Kraftfahrzeugs nach dem Oberbegriff des Anspruchs 1.
-
Aus der
DE 10 2008 064 340 A1 ist bereits eine Ventiltriebvorrichtung für eine Brennkraftmaschine eines Kraftfahrzeugs, mit zumindest einem axial verschiebbar gelagertem Nockenelement, das zumindest einen Nocken mit zumindest zwei Teilnocken und eine Schaltkulisse mit zumindest einer Kulissenbahn aufweist, die dazu vorgesehen ist, eine Drehbewegung des Nockenelements in eine axiale Schaltkraft umzuwandeln, bekannt.
-
Der Erfindung liegt insbesondere die Aufgabe zugrunde, eine Ventiltriebvorrichtung bereitzustellen, die eine erhöhte Schaltflexibilität aufweist und dadurch insbesondere eine Möglichkeit für weitere Kraftstoffeinsparungen in einem Betrieb einer Brennkraftmaschine ermöglicht. Sie wird durch eine erfindungsgemäße Ventiltriebvorrichtung entsprechend dem Anspruch 1 gelöst. Weiterbildungen der Erfindung ergeben sich aus den abhängigen Ansprüchen.
-
Die Erfindung geht aus von einer Ventiltriebvorrichtung für eine Brennkraftmaschine eines Kraftfahrzeugs, mit zumindest einem axial verschiebbar gelagertem Nockenelement, das zumindest einen Nocken mit zumindest zwei Teilnocken und eine Schaltkulisse mit zumindest einer Kulissenbahn aufweist, die dazu vorgesehen ist, eine Drehbewegung des Nockenelements in eine axiale Schaltkraft umzuwandeln.
-
Es wird vorgeschlagen, dass zumindest einer der Teilnocken und die zumindest eine Kulissenbahn zumindest teilweise axial überlappend angeordnet sind. Dadurch kann für die Schaltkulisse mehr Bauraum vorgesehen werden, ohne dass eine axiale Länge des Nockenelements verlängert werden muss, wodurch insbesondere die Schaltkulisse mit einer höheren Festigkeit ausgeführt werden kann. Insbesondere kann die Kulissenbahn mit einer größeren Kulissenbahnbreite ausgebildet werden, wodurch auch Abmessungen von Kulisseneingriffselementen zum Eingriff in die Kulissenbahn vergrößert werden können. Dadurch kann die Ventiltriebvorrichtung insgesamt mit einer höheren mechanischen Belastbarkeit ausgeführt werden, wodurch Umschaltungen der Nockenelemente bei höheren Drehzahlen der Brennkraftmaschine ausgeführt werden können. Dadurch steigt eine Schaltflexibilität der Ventiltriebvorrichtung, da Schaltvorgänge in einem größeren Drehzahlbereich durchgeführt werden können. Durch eine erfindungsgemäße Ausgestaltung sind somit zusätzliche Kraftstoffeinsparungen möglich. Unter einem „Nocken mit zumindest zwei Teilnocken” soll insbesondere ein einzelner Nocken zur Betätigung eines einzigen Gaswechselventils verstanden werden, der zumindest zwei Teilnocken mit unterschiedlichen Nockenkurven aufweist, wobei Teilnocken zur Betätigung des gleichen Gaswechselventils vorgesehen sind. Die Teilnocken sind dabei vorzugsweise unmittelbar benachbart angeordnet, womit durch ein axiales Verschieben des Nockenelements zwischen einer Betätigung durch einen der zumindest zwei Teilnocken umgeschaltet werden kann. Unter einem „Nockenelement” soll insbesondere ein Bauteil verstanden werden, das den zumindest einen zur Betätigung des Gaswechselventils vorgesehenen Nocken aufweist. Unter einem „axial verschiebbaren Nockenelement” soll insbesondere ein Nockenelement verstanden werden, das axial verschiebbar gegenüber einem Zylinderkopf oder einem anderen ortsfest angeordneten Bauteil der Brennkraftmaschine gelagert ist. Der Begriff „axial” ist insbesondere auf eine Hauptrotationsachse des zumindest einen Nockenelements bezogen, so dass der Ausdruck „axial” eine Richtung bezeichnet, die auf der Hauptrotationsachse oder parallel zu dieser verläuft. Unter einer „Ventilhubumschaltung” soll insbesondere eine diskrete Umschaltung zwischen zumindest zwei Ventilbetätigungskurven, die eine Betätigung zumindest eines Gaswechselventils definieren, verstanden werden. Unter einer „Kulissenbahn” soll insbesondere eine Bahn zu einer zumindest einseitigen, vorzugsweise beidseitigen, Zwangsführung eines Kulisseneingriffselements verstanden werden. Die Kulissenbahn ist vorzugsweise in Form eines Stegs, eines Schlitzes und/oder einer Nut ausgebildet. Unter „axial zumindest teilweise überlappend” soll insbesondere verstanden werden, dass ein axialer Teilbereich des Nockenelements, in dem der Teilnocken angeordnet ist, und ein axialer Teilbereich des Nockenelements, in dem die Kulissenbahn angeordnet ist, sich zumindest teilweise überschneiden. Unter einem „axialen Teilbereich” soll in diesem Zusammenhang insbesondere ein Teilbereich des Nockenelements verstanden, der durch eine maximale axiale Erstreckung des Teilnockens oder der Kulissenbahn definiert ist. Unter „vorgesehen” soll insbesondere speziell programmiert, ausgelegt, ausgestattet und/oder angeordnet verstanden werden.
-
Vorzugsweise weist der Teilnocken eine Grundkreisphase auf, in der die Kulissenbahn und der Teilnocken axial überlappend angeordnet sind. Dadurch kann vermieden werden, dass eine Flächenpressung auf den Teilnocken bei einer Betätigung des Gaswechselventils zu hoch wird, wodurch eine Beschädigung des Teilnockens vermieden werden kann. Unter einer „Grundkreisphase” soll dabei insbesondere ein Winkelbereich des Teilnockens verstanden werden, in dem das durch den Teilnocken betätigte Gaswechselventil vollständig geschlossen ist. Unter einer „überlappenden Anordnung in der Grundkreisphase” soll in diesem Zusammenhang insbesondere verstanden werden, dass die Kulissenbahn und der Teilnocken lediglich in der Grundkreisphase überlappend angeordnet sind.
-
Vorzugsweise weist die Ventiltriebvorrichtung eine Überlappungsbreite von zumindest 10% einer Teilnockenbreite auf. Dadurch kann für die Schaltkulisse ein zur Verfügung stehender Bauraum ausreichend weit vergrößert werden, um die Belastbarkeit der Schaltkulisse zu erhöhen. Unter einer „Überlappungsbreite” soll insbesondere eine Breite eines axialen Teilbereichs des Nockenelements verstanden werden, in dem der Teilnocken und die Kulissenbahn überlappend angeordnet sind. Unter einer „Teilnockenbreite” soll dabei insbesondere eine Breite des Teilbereichs des Nockenelements verstanden werden, der durch die maximale axiale Erstreckung des Teilnockens definiert ist.
-
Vorzugsweise beträgt die Überlappungsbreite höchstens 50% einer Teilnockenbreite. Dadurch kann eine zu große Flächenpressung an dem Teilnocken vermieden werden. Grundsätzlich ist aber auch eine Überlappungsbreite größer als 50% der Teilnockenbreite denkbar.
-
Ferner wird vorgeschlagen, dass das Nockenelement zumindest einen zweiten Nocken mit zumindest zwei Teilnocken aufweist und die Schaltkulisse axial zwischen den zumindest zwei Nocken angeordnet ist. Dadurch kann ein besonders kompakter Ventiltrieb realisiert werden, welcher eine vorteilhaft hohe Schaltflexibilität aufweist. Unter „axial zwischen” soll in diesem Zusammenhang insbesondere verstanden werden, dass die Schaltkulisse und die zwei Nocken in axialer Richtung unmittelbar aneinander grenzen und/oder axial überlappend angeordnet sind, wobei die zwei Nocken vorzugsweise für Gaswechselventile eines gleichen Zylinders vorgesehen sind.
-
Weiter wird vorgeschlagen, dass die Schaltkulisse eine zweite Kulissenbahn aufweist, die zumindest teilweise axial überlappend mit zumindest einem der Teilnocken des zweiten Nockens angeordnet ist. Dadurch kann für die Schaltkulisse weiterer Bauraum vorgesehen werden, wodurch die Dimensionierung und damit die Belastbarkeit der Schaltkulisse weiter verbessert werden kann.
-
Ferner wird vorgeschlagen, dass die zumindest eine Kulissenbahn ein Einspursegment und/oder ein Ausspursegment aufweist, das axial überlappend mit dem zumindest einen Teilnocken angeordnet ist. Dadurch können die zumindest eine Kulissenbahn und der Teilnocken besonders vorteilhaft überlappend angeordnet werden, da das Einspursegment und das Ausspursegment lediglich in Umfangsrichtung weisen, wodurch die überlappende Anordnung über einen vorteilhaften Winkelbereich reichen kann. Unter einem „Einspursegment” soll dabei insbesondere ein Teilbereich der Kulissenbahn verstanden werden, der einen Anfang der Kulissenbahn darstellt. Unter einem „Ausspursegment” soll insbesondere ein Teilbereich der Kulissenbahn verstanden werden, der ein Ende der Kulissenbahn darstellt. Vorzugsweise verlaufen das Einspursegment und das Ausspursegment zumindest im Wesentlichen in Umfangsrichtung, d. h. das Nockenelement wird bei einer Drehbewegung nicht mit einer Schaltkraft beaufschlagt.
-
In einer besonders vorteilhaften Ausgestaltung weist der zumindest eine Nocken einen dritten Teilnocken auf. Dadurch kann eine Schaltflexibilität weiter erhöht werden, da durch einen weiteren Teilnocken je Nocken eine weitere Schaltstellung genutzt werden kann, beispielsweise um eine Zylinderabschaltung zu realisieren. Insbesondere in Verbindung mit der überlappenden Anordnung der Kulissenbahn und der unmittelbar angrenzenden Teilnocken kann somit eine kompakte und gleichzeitig flexibel schaltbare Ventiltriebvorrichtung realisiert werden.
-
Weiter wird vorgeschlagen, dass die Ventiltriebvorrichtung eine Trägerwelle aufweist, auf der das zumindest eine Nockenelement drehfest aber axial verschiebbar gelagert ist. Dadurch können die Nockenelemente einfach mit einer Drehbewegung beaufschlagt werden.
-
Außerdem wird vorgeschlagen, dass die Ventiltriebvorrichtung eine Aktuatoreinheit mit zumindest einem Kulisseneingriffselement zum Eingriff in die zumindest eine Kulissenbahn aufweist, die zur Schaltung des zumindest einen Nockenelements vorgesehen ist. Dadurch kann einfach ein Umschaltmechanismus zur Schaltung der Nockenelemente realisiert 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 perspektivische Darstellung einer erfindungsgemäßen Ventiltriebvorrichtung und
-
2 die Ventiltriebvorrichtung in einer Aufsicht.
-
Die 1 und 2 zeigen eine Ventiltriebvorrichtung für eine Brennkraftmaschine. Die Ventiltriebvorrichtung umfasst eine Trägerwelle 23, die über einen nicht näher dargestellten Kurbelwellentrieb mit einer Kurbelwelle der Brennkraftmaschine verbunden ist. Zwischen der Trägerwelle 23 und der Kurbelwelle kann zusätzlich ein Nockenwellenversteller angeordnet sein, der dazu vorgesehen ist, eine Phasenlage zwischen der Kurbelwelle und der Trägerwelle 23 zu verstellen.
-
Weiter umfasst die Ventiltriebvorrichtung eine Mehrzahl von Nockenelementen 10, die axial verschiebbar auf der Trägerwelle 23 angeordnet sind. Die Nockenelemente 10, von denen lediglich eines dargestellt ist, sind drehfest mit der Trägerwelle 23 verbunden. Das dargestellte Nockenelement 10 umfasst zwei Nocken 11, 15, die zur Betätigung von Gaswechselventilen eines einzelnen Zylinders vorgesehen sind. Die Trägerwelle 23 mit den auf ihr gelagerten Nockenelementen 10 bildet eine Nockenwelle zur Betätigung der Gaswechselventile unterschiedlicher Zylinder der Brennkraftmaschine aus.
-
Zur Umschaltung zwischen unterschiedlichen Ventilbetätigungsarten weist das Nockenelement 10 eine Schaltkulisse 19 mit zwei Kulissenbahnen 20, 21 auf. Die Kulissenbahnen 20, 21 sind dazu vorgesehen, eine Drehbewegung des Nockenelements 10 in eine axiale Schaltkraft umzuwandeln. Die Kulissenbahnen 20, 21 weisen jeweils ein Einspursegment, zumindest ein Schaltsegment und ein Ausspursegment auf. Die Einspurgsegmente und die Ausspursegmente verlaufen jeweils in Umfangsrichtung. Die Schaltsegmente weisen zusätzlich eine axiale Komponente auf. Die Kulissenbahnen 20, 21 sind in Form von Nuten, die in die Nockenelemente 10 eingebracht sind, ausgebildet.
-
Zur Schaltung des Nockenelements 10 weist die Ventiltriebvorrichtung weiter eine Aktuatoreinheit mit zwei Kulisseneingriffselementen auf. Jedes der Kulisseneingriffselemente ist einer der Kulissenbahnen 20, 21 zugeordnet. Die Kulisseneingriffselemente sind als Schaltpins ausgebildet, die in ausgefahrenem Zustand in die Kulissenbahnen 20, 21 eingreifen. Die Kulisseneingriffselemente sind lediglich entlang ihrer Haupterstreckungsrichtung verschiebbar gelagert. Die Kulissenbahnen 20, 21 und das zugehörige Kulisseneingriffselement sind jeweils für eine Schaltrichtung vorgesehen. Je nach Schaltrichtung, in die das Nockenelement 10 geschaltet werden soll, wird das entsprechende Kulisseneingriffselement in Eingriff mit der zugehörigen Kulissenbahn 20, 21 gebracht. Durch die axiale Komponente des Schaltsegments der entsprechenden Kulissenbahn 20, 21 in Verbindung mit dem feststehenden Kulisseneingriffselement bewirkt dann die Drehbewegung des Nockenelements 10, dass das Nockenelement 10 in axialer Richtung verschoben wird. Sämtliche Nockenelemente 10 der Ventiltriebvorrichtung sind dabei analog ausgebildet.
-
Die Kulissenbahnen 20, 21 sind in dem dargestellten Ausführungsbeispiel zur Schaltung von drei unterschiedlichen Schaltstellungen vorgesehen. Die Nocken 11, 15 weisen jeweils drei Teilnocken 12, 13, 14, 16, 17, 18 mit unterschiedlichen Nockenkurven auf. Der jeweils erste Teilnocken 12, 16 ist als ein Abschaltnocken ausgebildet. Es weist einen Nullhub auf und ist damit für eine Zylinderabschaltung vorgesehen. Der jeweils zweite Teilnocken 13, 17 ist als ein Volllastnocken ausgebildet. Der jeweils dritte Teilnocken 14, 18 ist als ein Teillastnocken ausgebildet.
-
In axialer Richtung ist die Schaltkulisse 19 mit den zwei Kulissenbahnen 20, 21 zwischen den beiden Nocken 11, 15 angeordnet. Die erste Kulissenbahn 20 und der Teilnocken 14 des ersten Nockens 11, der in axialer Richtung unmittelbar benachbart zu der Kulissenbahn 20 angeordnet ist, sind teilweise überlappend angeordnet. In gleicher Weise sind auch die zweite Kulissenbahn 21 und der Teilnocken 16 des zweiten Nockens 15, der in axialer Richtung unmittelbar benachbart zu der Kulissenbahn 20 angeordnet ist, teilweise überlappend angeordnet. Eine Ausgestaltung der Kulissenbahn 20 und des Teilnockens 14 sowie eine Ausgestaltung der Kulissenbahn 21 und des Teilnockens 16 sind jeweils gleich, weshalb im Folgenden lediglich die Anordnung der Kulissenbahn 20 und des Teilnockens 14 beschrieben sind.
-
Die Teilnocken 12, 13, 14, 16, 17, 18 weisen jeweils eine Grundkreisphase und die Teilnocken 13, 14, 17, 18 einen Hubbereich auf. In der Grundkreisphase ist das zugeordnete Gaswechselventil vollständig geschlossen. In axialer Richtung ragt die Kulissenbahn 20 in einen Teilbereich des Nockenelements 10 hinein, in dem der Teilnocken 14 des Nockens 11 angeordnet ist. Der Teilnocken 14 und die Kulissenbahn 20 sind über einen Winkelbereich mit einem Nockenwellenwinkel von zumindest 20 Grad überlappend angeordnet. Über den Winkelbereich, in dem der Teilnocken 14 und die Kulissenbahn 20 axial überlappend angeordnet sind, weist der Teilnocken 14 in Bezug auf seine restliche Ausgestaltung eine verringerte Teilnockenbreite 24 auf.
-
In der Grundkreisphase weist der Teilnocken 14 eine konstante Höhe auf. Die Kulissenbahn 20 und der Teilnocken 14 sind in der Grundkreisphase des Teilnockens 14 teilweise überlappend angeordnet. Der Winkelbereich, in dem die Kulissenbahn 20 und der Teilnocken 14 axial überlappend angeordnet sind, liegt vollständig innerhalb der Grundkreisphase des Teilnockens 14.
-
Der Teilnocken 14 und die Kulissenbahn 20 weisen in Bezug auf den Teilnocken 14 eine Überlappungsbreite 22 auf, die zwischen 10% und 50% der Teilnockenbreite 24 liegt. In Bezug auf die Kulissenbahn 20 liegt die Überlappungsbreite 22 ebenfalls zwischen 10% und 50% einer Kulissenbahnbreite 25. Die Kulissenbahn 20 ragt dadurch lediglich teilweise in den axialen Teilbereich des Nockenelements 10 hinein, der für den Teilnocken 14 vorgesehen ist.
-
In dem dargestellten Ausführungsbeispiel ist das Ausspursegment der Kulissenbahn 20 axial überlappend mit dem Teilnocken 14 angeordnet. Das Ausspursegment, das sich lediglich in Umfangsrichtung erstreckt, liegt vollständig in dem Winkelbereich, in dem die Kulissenbahn 20 und der Teilnocken 14 überlappend angeordnet sind.
-
Zudem ist auch das Schaltsegment der Kulissenbahn 20 teilweise in dem Winkelbereich angeordnet, in dem die Kulissenbahn 20 und der Teilnocken 14 axial überlappend angeordnet sind. Das Schaltsegment der Kulissenbahn 20 geht in dem Winkelbereich in das Ausspursegment über. Ein Nockenwellenwinkel, über den das Schaltsegment überlappend mit dem Teilnocken 14 angeordnet ist, ist wesentlich kleiner als der Nockenwellenwinkel, über den das Ausspursegment überlappend mit dem Teilnocken 14 angeordnet ist.
-
Die Ventiltriebvorrichtung weist einen nicht näher dargestellten Nockenfolger auf, der bei einer Drehung des Nockenelements 10 den durch die Nockenkurve des entsprechenden Teilnockens 14 vorgegebenen Ventilhub abgreift und in eine Öffnung des Gaswechelsventils umsetzt. Der Nockenfolger kann beispielsweise in Form eines Rollenschlepphebels oder Rollenkipphebels ausgebildet sein. Ist das Nockenelement 10 in eine Schaltstellung geschaltet, in der der Nockenfolger auf dem Teilnocken 14 läuft, welcher axial überlappend mit der Kulissenbahn 20 ausgeführt ist, läuft die Kulissenbahn 20 teilweise unter dem Nockenfolger hinweg.
-
Bezugszeichenliste
-
- 10
- Nockenelement
- 11
- Nocken
- 12
- Teilnocken
- 13
- Teilnocken
- 14
- Teilnocken
- 15
- Nocken
- 16
- Teilnocken
- 17
- Teilnocken
- 18
- Teilnocken
- 19
- Schaltkulisse
- 20
- Kulissenbahn
- 21
- Kulissenbahn
- 22
- Überlappungsbreite
- 23
- Trägerwelle
- 24
- Teilnockenbreite
- 25
- Kulissenbahnbreite
-
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 102008064340 A1 [0002]
