DE102013111476A1

DE102013111476A1 - Ventiltrieb einer Brennkraftmaschine

Info

Publication number: DE102013111476A1
Application number: DE201310111476
Authority: DE
Inventors: Razvan Anca; Dirk Becker; Matthias Penzel; Michael Wahl; Artur Schützle; Klaus Fuoss
Original assignee: Dr Ing HCF Porsche AG
Current assignee: Dr Ing HCF Porsche AG
Priority date: 2013-10-17
Filing date: 2013-10-17
Publication date: 2015-04-23
Anticipated expiration: 2033-10-18
Also published as: DE102013111476B4

Abstract

Die Erfindung betrifft einen Ventiltrieb einer Brennkraftmaschine mit einer Grundnockenwelle und einem in dieser drehfest und axialverschiebbar gelagerten Nockenträger (3), der mindestens zwei Nocken (8, 9, 10) zum alternativen Betätigen eines Ventils aufweist. Zum Verschieben des Nockenträgers ist mindestens ein Aktuator (11, 12) vorgesehen, dem zwei Schaltkurven (14, 15) zugeordnet sind. Die jeweilige Schaltkurve weist einen Einspurbereich (29) für den Aktuator, einen Verschiebebereich (30) zum Verschieben des Nockenträgers mittels des Aktuators und einen Auswerferbereich (31) auf. Die beiden Schaltkurven kreuzen sich in deren Verschiebebereichen. In diesem Kreuzungsbereich (32) ist der Aktuator (11, 12) außer Kontakt mit den Schaltkurven. Zusätzlich ist ein Arretiermechanismus (19) zum Arretieren des Nockenträgers in dessen Schaltstellungen vorgesehen. Ein federbelastetes Arretierglied (21) des Arretiermechanismus ist in einer Verschiebeposition des Nockenträgers, in der sich der Aktuator im Kreuzungsbereich der Schaltkurven befindet, derart wirksam, dass über dieses Arretierglied eine Schaltkraft zum Verschieben des Nockenträgers in diesen eingeleitet wird.

Description

Die Erfindung betrifft einen Ventiltrieb einer Brennkraftmaschine, mit einer Grundnockenwelle und einem in dieser drehfest und axial verschiebbar gelagerten Nockenträger, wobei der Nockenträger mindestens zwei Nocken zum alternativen Betätigen eines Ventils aufweist, sowie dem Nockenträger zum axialen Verschieben mindestens ein Aktuator zugeordnet ist und dem jeweiligen Aktuator zwei Schaltkurven zugeordnet sind, wobei die jeweilige Schaltkurve einen Einspurbereich zum Einspuren des Aktuators in die Schaltkurve, einen Verschiebebereich zum Verschieben des Nockenträgers mittels des Aktuators und einen Auswerferbereich zum Auswerfen des Aktuators aus der Schaltkurve aufweist, sowie die beiden Schaltkurven sich in deren Verschiebebereichen kreuzen, wobei das jeweilige Schalten innerhalb einer Drehung der Grundnockenwelle erfolgt und der Aktuator im Kreuzungsbereich der Schaltkurven außer Kontakt zu diesen ist.
Mit solchen Ventiltrieben können unterschiedliche Ventilhübe der Motorventile und damit ein Entdrosseln der Einlassseite verwirklicht werden. Dadurch werden Teillastverbrauch und Schadstoffemissionen, insbesondere von Ottomotoren, gesenkt.
Ein derartiger Ventiltrieb ist aus der DE 101 48 177 A1 bekannt. Dieser weist einen einzigen Aktuator auf, der abwechselnd mit zwei Schaltkurven in Wirkverbindung bringbar ist, sodass ein Ventil mittels zweier Nocken alternativ betätigt werden kann.
Ein Ventiltrieb der eingangs genannten Art ist ferner aus der DE 10 2007 051 739 A1 bekannt. Dieser weist zwei Aktuatoren auf, denen zwei Schaltkurven zugeordnet sind. Durch alternatives Betätigen der Aktuatoren lassen sich über diese beiden Schaltkurven drei unterschiedliche axiale Verschiebestellungen des Nockenträgers und damit unterschiedliche Stellungen dreier Nocken zum Betätigen eines Ventils erzeugen.
Diesen bekannten Ventiltrieben ist gemeinsam, dass der Aktuator im Kreuzungsbereich der Schaltkurven außer Kontakt zu diesen ist. Hierdurch besteht ein Risiko hinsichtlich der Funktionssicherheit des Ventiltriebs dahingehend, dass der Verschiebevorgang des Nockenstücks entlang der momentan wirksamen Kulissenbahn nur dann vollständig, somit fehlschaltungsfrei abgeschlossen wird, wenn die Massenträgheit des sich verschiebenden Nockenstücks ausreichend groß für den im Kreuzungsbereich der Kulissenbahn erforderlichen Anlagewechsel des Aktuators zwischen den äußeren Führungswänden der Kulissenbahn ist. Denn während und nach dieser Freiflugphase beim Anlagewechsel muss das Nockenstück in der Lage sein, sich auch ohne positiv beschleunigende Zwangseinwirkung des Aktuators in seine andere Axialposition zu bewegen.
Um diesen Nachteil zu vermeiden, ist in der DE 10 2010 033 087 A1 ein Ventiltrieb vorgeschlagen, bei dem der Nockenträger mit einer dritten Schaltkurve versehen ist, wobei Aktuatoren gleichzeitig in eine der beiden sich kreuzenden Schaltkurven und die dritte Schaltkurve einkoppelbar sind. Hierdurch erzwingt der Aktuator, der in die dritte Schaltkurve eingekoppelt ist, eine axiale Verschiebebewegung des Nockenträgers zu dem Zeitpunkt, in dem der andere Aktuator im Kreuzungsbereich der Schaltkurven außer Kontakt zu diesen ist. Eine derartige Gestaltung ist baulich sehr aufwendig, aufgrund der Ausbildung des Nockenträgers mit der dritten Schaltkurve und des erforderlichen zweiten Aktuators.
Aus der DE 10 2007 010 149 A1 ist ein Ventiltrieb bekannt, bei dem ein Arretiermechanismus vorgesehen ist. Mittels diesem lässt sich der Nockenträger in der jeweiligen Verschiebestellung axial arretieren. Der Arretiermechanismus wirkt mit Gleitlagern zusammen. Hierbei wirkt eine federbelastete Kugel mit Rastaufnahmen des Gleitlagers im Bereich dessen äußeren Umfangs zusammen.
Aufgabe der vorliegenden Erfindung ist es, ein Ventiltrieb der eingangs genannten Art so weiterzubilden, dass bei einfacher Gestaltung von Schaltkurven und jeweiligem Aktuator ein sicheres Schalten des Nockenträgers gewährleistet ist.
Gelöst wird die Aufgabe dadurch, dass ein Arretiermechanismus vorgesehen ist, der den Nockenträger in dessen Schaltstellungen bezüglich axialer Verschiebung des Nockenträgers arretiert, wobei der Arretiermechanismus ein federbelastetes Arretierglied aufweist, das in einer Verschiebeposition des Nockenträgers, in der sich der Aktuator im Kreuzungsbereich der Schaltkurven befindet, derart wirksam ist, dass über dieses Arretierglied eine Schaltkraft zum Verschieben des Nockenträgers in den Nockenträger eingeleitet wird.
Bei dem erfindungsgemäßen Ventiltrieb ist die Freiflugphase des Nockenträgers dann, wenn keine Schaltkraft über den Aktuator in den Nockenträger eingeleitet wird, deshalb für die Funktionsfähigkeit des Ventiltriebes unkritisch, weil während dieser Phase eine Verschiebekraft über das federbelastete Arretierglied in den Nockenträger eingeleitet wird. Diese Verschiebekraft aufgrund des Arretiergliedes ist ausreichend, den Anlagewechsel des Aktuators in der diesem zugeordneten Schaltkurve zu gewährleisten.
Demzufolge ist während und nach dieser Freiflugphase beim Anlagewechsel der Nockenträger in der Lage, sich auch ohne positiv beschleunigende Zwangseinwirkung des Aktuators in seine andere Axialposition zu bewegen. Bei der Freiflugphase kann es sich um eine ballistische Freiflugphase handeln.
Vorzugsweise ist der Ventiltrieb so gestaltet, dass die jeweilige Schaltkurve in deren Verschiebebereich, bezogen auf die Drehbewegung des Nockenträgers bezüglich des Aktuators, vor dem Kreuzungsbereich der Schaltkurven einen gekrümmten Abschnitt zum Beschleunigen des Nockenträgers und hinter dem Kreuzungsbereich der Schaltkurven einen gekrümmten Abschnitt zum Abbremsen des Nockenträgers aufweist. In dem vor dem Kreuzungsbereich der Schaltkurven angeordneten gekrümmten Abschnitt beschleunigt der stationär gelagerte Aktuator den Nockenträger, sodass die einwirkende Beschleunigungskraft grundsätzlich ausreichend ist, den Nockenträger bis über den Kreuzungsbereich der Schaltkurven hinaus unter Einwirkung der Massenträgheit des Nockenträgers zu verschieben, womit der hinter dem Kreuzungsbereich der Schaltkurven angeordnete gekrümmte Abschnitt in Kontakt mit dem stationären Aktuator gelangt und demzufolge ein Abbremsen des Nockenträgers erfolgt. Dieser Krafteinwirkung des Aktuators auf den Nockenträger zum Verschieben des Nockenträgers wird im Kreuzungsbereich der Schaltkurven die Schaltkraft, die aus der Wirkungsweise des Arretiergliedes herrührt, überlagert. In jedem Betriebszustand der Brennkraftmaschine, somit auch bei geringen Drehzahlen und damit geringen Drehzahlen der Grundnockenwelle, ist damit sichergestellt, dass, ungeachtet der Freiflugphase des Nockenträgers bezüglich des Aktuators, ein exaktes Schalten des Nockenträgers zum alternativen Betätigen des Ventils erfolgt.
Eine baulich besonders einfache Gestaltung des Ventiltriebs ergibt sich, wenn das federbelastete Arretierglied zwischen der Grundnockenwelle und dem Nockenträger wirksam ist. Dies ist deshalb von Vorteil, weil die Grundnockenwelle und der Nockenträger mit derselben Drehzahl betrieben werden.
Besonders vorteilhaft ist es, wenn der Arretiermechanismus ein in der Grundnockenwelle gelagertes, federbelastetes Rastglied, insbesondere eine Rastkugel aufweist, sowie der Arretiermechanismus in dem Nockenträger angeordnete Rastaufnahmen zur Aufnahme des Rastglieds in den Schaltstellungen aufweist. Somit lässt sich der Arretiermechanismus auf einfache Art und Weise durch das Rastglied und die Rastaufnahmen bewerkstelligen.
Gemäß einer baulich recht einfach gestalteten, bevorzugten Weiterbildung ist vorgesehen, dass der Arretiermechanismus im Nockenträger ausgebildete, umlaufende Rastgliedaufnahmen aufweist, die senkrecht zur Drehachse der Grundnockenwelle angeordnet sind, wobei benachbarte Rastgliedaufnahmen ein umlaufender Steg trennt, der senkrecht zur Drehachse der Grundnockenwelle angeordnet ist, sowie der Steg beidseitig sich zur Drehachse der Grundnockenwelle hin verjüngende Kontaktabschnitte für das Rastglied aufweist. Beim axialen Verschieben des Nockenträgers mittels des Aktuators wird das unter Federkraft vorgespannte Rastglied aus der diesem zugeordneten Rastgliedaufnahme herausbewegt, wobei es den dem Rastglied zugewandten Kontaktabschnitt kontaktiert und hierbei entgegen der Kraft der Feder bewegt wird, bis zum freien Ende des umlaufenden Steges. Hat das Rastglied beim weiteren axialen Verschieben des Nockenträgers dieses freie Ende des Steges passiert, kontaktiert es den anderen Kontaktabschnitt des Steges, womit das Rastglied unter Einwirkung der Feder eine Schaltkraft zum Verschieben des Nockenträgers in den Nockenträger einleitet.
Es wird als besonders vorteilhaft angesehen, wenn der Steg im Bereich seines der Drehachse der Grundnockenwelle zugewandten Endes einen dreieckigen Querschnitt, insbesondere einen Querschnitt eines gleichschenkligen Dreiecks aufweist. Diese Querschnittsgestaltung ist besonders vorteilhaft unter dem Aspekt einer optimalen Kraftübertragung zwischen Nockenträger und Rastglied bzw. Rastglied und Nockenträger.
Vorzugsweise weist der jeweilige Aktuator einen Stift zum Kontaktieren der jeweiligen Schaltkurve auf. Der Stift ist insbesondere als Zylinder ausgebildet, dessen Zylinderachse senkrecht zur Drehachse der Grundnockenwelle angeordnet ist und diese Drehachse kreuzt. Demzufolge kann der Aktuator sehr einfach ausgebildet sein, indem er als eigentliches Betätigungselement den Stift aufweist, der über Kraftmittel verstellbar ist, beispielsweise elektromechanisch verstellbar ist. Die Ausbildung des Stiftes ermöglicht eine einfache Gestaltung der Schaltkurven. Insbesondere weisen die Nocken dieselbe Nockenbreite auf, und es ist die jeweilige Schaltkurve derart ausgebildet, dass der durch diese Schaltkurve erzeugte Schaltweg des Nockenträgers der Nockenbreite entspricht.
Vorzugsweise sind die beiden Schaltkurven identisch, aber bezüglich einer Ebene senkrecht zur Drehachse der Grundnockenfläche gespiegelt angeordnet, ausgebildet. Demzufolge erfolgt das Hin- und Herschalten des Nockenträgers bei denselben kinematischen Bedingungen.
Gemäß einer ersten bevorzugten Ausführungsform des Ventiltriebes ist ein einziger Aktuator vorgesehen, dem zwei Schaltkurven zugeordnet sind. Mittels des einzigen Aktuators lassen sich somit zwei Schaltpositionen des Nockenträgers erzeugen. Gemäß einer zweiten bevorzugten Ausführungsform des Ventiltriebes sind zwei Aktuatoren vorgesehen, denen zwei Schaltkurven zugeordnet sind, wobei dem jeweiligen Aktuator diese beiden Schaltkurven zugeordnet sind und der eine Aktuator in die eine Schaltkurve einspurt und der andere Aktuator in die andere Schaltkurve einspurt. Bei dieser Gestaltung lassen sich mittels zweier Aktuatoren und eines Nockenträgers, der zwei Schaltkurven aufweist, drei unterschiedliche Schaltstellungen des Nockenträgers verwirklichen.
Weitere Merkmale der Erfindung ergeben sich aus den Unteransprüchen, der beigefügten Zeichnung und der Beschreibung der in der Zeichnung wiedergegebenen, bevorzugten Ausführungsbeispiele, ohne hierauf beschränkt zu sein.
Es zeigt:
1 in einer schematischen Darstellung die erfindungsrelevanten Bauteile des Ventiltriebs für eine Brennkraftmaschine, in einem Zusammenbau gezeigt,
2 die Anordnung gemäß 1, veranschaulicht in demontiertem Zustand,
3 in einer Vergleichsdarstellung einerseits die jeweilige Position der Schaltkurve zum Aktuator sowie die Darstellung der beiden Schaltkurven in einer Abwicklung gesehen,
4 bis 13 in einer schematischen Darstellung eine Ausbildung des Ventiltriebs mit zwei Aktuatoren und zwei Schaltkurven für unterschiedliche Verschiebezustände des Nockenträgers, beim Schalten mittels eines ersten Aktuators aus einer Grundstellung,
14 bis 16 für die Anordnung gemäß der 4 bis 13, für ausgewählte Verschiebezustände, das Zurückschalten mittels des ersten Aktuators in die Grundstellung,
17 bis 19 für die Anordnung gemäß der 4 bis 16, für ausgewählte Verschiebezustände, das Schalten eines zweiten Aktuators aus der Grundstellung,
20 in einer schematischen Darstellung eine Ausbildung des Ventiltriebs mit einem einzigen Aktuator und zwei Schaltkurven, veranschaulicht für die Startposition des Aktuators zum Schalten aus der Grundstellung.
Die 1 und 2 veranschaulichen den grundsätzlichen Aufbau der erfindungsgemäßen Bauteile eines Ventiltriebs 1 einer Brennkraftmaschine. Der Ventiltrieb 1 weist eine axial festgelegte Grundnockenwelle 2 und einen in dieser drehfest und axialverschiebbar gelagerten Nockenträger 3 auf. Hierzu ist die Grundnockenwelle 2 am Außendurchmesser mit einer Verzahnung 4, beispielsweise Keil- oder Evolventenverzahnung, versehen, die mit einer entsprechenden formschlüssigen Verzahnung 5 am Innendurchmesser des Nockenträgers 3 zusammenwirkt. Der Nockenträger 3 weist zwei Nockenbereiche 6, 7 auf, wobei der jeweilige Nockenbereich 6 bzw. 7 drei unmittelbar nebeneinander angeordnete Nocken 8, 9, 10 für ein dem jeweiligen Nockenbereich 6 bzw. 7 zugeordnetes, nicht gezeigtes Ventil der Brennkraftmaschine aufweist. Mit den drei Nocken des jeweiligen Nockenbereichs lässt sich das Ventil z. B. im Null-, Teil- und Vollhub ansteuern. Die Nocken der Nockenbereiche besitzen dabei unterschiedliche Nockenprofile, die sich in Kontur und/oder Hub unterscheiden können. Durch die Keilverzahnung 4 und 5 ist der Nockenträger 3 axial gegenüber der axialfestgelegten Grundnockenwelle 2 verschiebbar, kann sich jedoch nicht relativ zur Grundnockenwelle 2 verdrehen. Mit der Bezugsziffer 35 ist ein in Wirkverbindung mit dem jeweiligen Nocken stehender Schlepphebel des Ventiltriebs der Brennkraftmaschine bezeichnet.
Zum axialen Verschieben des Nockenträgers 3 bezüglich der Grundnockenwelle 2, um die drei Nocken 8, 9, 10 in Wirkstellung bringen zu können, sind zwei elektromechanisch betätigbare Aktuatoren 11, 12 vorgesehen, die in Wirkverbindung mit einem X-Y-Kulissenschlag 13 bringbar sind, der zwei Schaltkurven 14, 15 aufweist. Der jeweilige Aktuator 11 bzw. 12 weist einen Stift 16, 17 zum Kontaktieren der jeweiligen Schaltkurve 14 bzw. 15 auf. Der jeweilige Stift ist als Zylinder ausgebildet, dessen Zylinderachse senkrecht zur Drehachse 18 der Grundnockenwelle 2 angeordnet ist und diese Drehachse 18 kreuzt.
Wie nachstehend noch näher beschrieben wird, weist die jeweilige Schaltkurve 14 bzw. 15 einen Einspurbereich zum Einspuren des Stifts 16 bzw. 17 in die Schaltkurve 14 bzw. 15, einen Verschiebebereich zum Verschieben des Nockenträgers 3 mittels des jeweiligen Aktuators 11 bzw. 12 bzw. des jeweiligen Stiftes 16 bzw. 17 und ein Auswerferbereich zum Auswerfen des Aktuators 11 bzw. 12 / Stiftes 16 bzw. 17 aus der Schaltkurve 14 bzw. 15 auf. Die beiden Schaltkurven 14, 15 kreuzen sich in deren Verschiebebereichen. Das jeweilige Schalten des Nockenträgers 3 erfolgt innerhalb einer Drehung der Grundnockenwelle 2, somit wenn diese sich über einen Winkel von 360° dreht. Der Aktuator 11 bzw. 12, somit der Stift 16 bzw. 17, ist im Kreuzungsbereich der Schaltkurven 14, 15 außer Kontakt zu diesen.
Der Ventiltrieb 1 weist ferner einen Arretiermechanismus 19 auf, der den Nockenträger 13 in dessen drei Schaltstellungen bezüglich axialer Verschiebung des Nockenträgers 3 zur Grundnockenwelle 2 arretiert. Der Arretiermechanismus 19 weist ein mittels einer Feder 20, die als Schraubenfeder ausgebildet ist, belastetes Arretierglied 21 bzw. Rastglied auf, das zwischen der Grundnockenwelle 2 und dem Nockenträger 3 wirksam ist. Bestandteil des Arretiermechanismus 19 bilden ferner drei Rastgliedaufnahmen 22, 23, 24 zur Aufnahme des Rastgliedes 21 in den unterschiedlichen Schaltstellungen des Nockenträgers 3. Die jeweilige Rastgliedaufnahme ist umlaufend im Nockenträger 3 ausgebildet und senkrecht zur Drehachse 18 der Grundnockenwelle 2 angeordnet. Benachbarte Rastgliedaufnahmen 22, 23 bzw. 23, 24 trennt ein Steg 25 bzw. 26, der senkrecht zur Drehachse 18 der Grundnockenwelle 2 angeordnet ist. Der jeweilige Steg 25 bzw. 26 weist beidseitig sich zur Drehachse 18 der Grundnockenwelle 2 hin verjüngende Kontaktabschnitte 27, 28 für das Rastglied 21 auf. Der jeweilige Steg 25 bzw. 26 weist im Bereich seines der Drehachse 18 der Grundnockenwelle 2 zugewandten Endes einen Querschnitt auf, der im Wesentlichen dem eines gleichschenkligen Dreiecks entspricht.
Die den beiden Nockenbereichen 6 und 7 zugeordneten Nocken 8, 9, 10 weisen dieselbe Nockenbreite auf und es ist die jeweilige Schaltkurve 14 bzw. 15 derart ausgebildet, dass der durch diese Schaltkurve erzeugte Schaltweg des Nockenträgers 3 der Nockenbreite entspricht. Die beiden Schaltkurven 14, 15 sind identisch ausgebildet, mit der Ausnahme, dass sie bezüglich einer Ebene senkrecht zur Drehachse 18 der Grundnockenwelle 2 gespiegelt angeordnet sind.
3 veranschaulicht zur grundsätzlichen Verdeutlichung der Funktionsweise des erfindungsgemäßen Ventiltriebs die Kulissenposition, bzw. die Position der jeweiligen für den Schaltvorgang relevanten Schaltkurve 14 bzw. 15 und eine Abwicklung des Kulissenschlages 13 zur Veranschaulichung der Schaltkurven 14 und 15 bezüglich Position und Funktion. Veranschaulicht ist, dass ausgehend von einer Drehstellung der Grundnockenwelle 2 und damit des Nockenträgers 3 von 0° zunächst das Einspuren des den Schaltvorgang bewirkenden Stiftes 16 bzw. 17 in die zugeordnete Schaltkurve 14, 15 erfolgt, nach dem Einspuren im S-Schlag die jeweilige Schaltkurve 14, 15 vom Stift durchfahren wird, einschließlich des Kreuzungsbereiches der Schaltkurven 14, 15 und dann das Auswerfen des Stifts erfolgt, welches bei einer Drehung der Grundnockenwelle 2 von 360° abgeschlossen ist. Der genannte Einspurbereich zum Einspuren des Aktuators in die Schaltkurve ist mit der Bezugsziffer 29, der S-Schlag, somit der Verschiebebereich zum Verschieben des Nockenträgers mittels des Aktuators, ist mit der Bezugsziffer 30 und der Auswerferbereich zum Auswerfen des Aktuators aus der Schaltkurve mit der Bezugsziffer 31 bezeichnet. Aufgrund der Gestaltung des Verschiebebereichs 30 als S-Schlag weist die jeweilige Schaltkurve 14 bzw. 15, bezogen auf die Drehbewegung des Nockenträgers 3 bezüglich des Aktuators 11 bzw. 12, vor dem Kreuzungsbereich 32 der Schaltkurven 14, 15 einen gekrümmten Abschnitt 33 zum Beschleunigen des Nockenträgers 3 und hinter dem Kreuzungsbereich 32 der Schaltkurven 14, 15 einen gekrümmten Abschnitt 34 zum Abbremsen des Nockenträgers 3 auf. Im Kreuzungsbereich 32 ist der Aktuator 11 bzw. 12 somit der Stift 16 bzw. 17 außer Kontakt zu den Schaltkurven 14, 15, womit sich der Nockenträger 3 im ballistischen Freiflug bezüglich des stationären Aktuators 11 bzw. 12 befindet, bei dem nur der Stift 16 bzw. 17 axial verfahrbar ist. Der Arretiermechanismus 19 ist derart in Richtung der Drehachse 18 der Grundnockenwelle 2 positioniert, dass das Arretierglied 21 in einer Verschiebeposition des Nockenträgers 3, in der sich der Aktuator 11 bzw. 12, somit der Stift 16 bzw. 17, im Kreuzungsbereich 32 der Schaltkurven 14, 15 befindet, derart wirksam ist, dass über das Arretierglied 21 eine Schaltkraft zum Verschieben des Nockenträgers 3 in den Nockenträger 3 eingeleitet wird. In der Freiflugphase, bezogen auf die Einwirkung des Stiftes 16 bzw. 17 auf die Schaltkurven 14, 15 erfolgt somit eine Beaufschlagung des Nockenträgers 3 über den Arretiermechanismus 19, sodass der Nockenträger 3 über den Kreuzungsbereich 32 definiert bewegt wird.
Dieses Detail ist in den 4 bis 13 unter Bezugnahme auf die Darstellung der 3 für die Schaltung des Nockenträgers 3 aus einer Grundstellung G in eine Schaltstellung A veranschaulicht, somit für einen Schaltvorgang, bei dem im jeweiligen Nockenbereich 6 bzw. 7 statt dem Nocken 9 nunmehr der Nocken 10 in Eingriffstellung gebracht wird.
4 zeigt den Nockenträger 3 in Ausgangsstellung. Weder der für den nachfolgenden Schaltvorgang zuständige Stift 16 noch der andere Stift 17 sind eingespurt. Der Nockenträger 3 ist mittels des unter Federvorspannung stehenden, als Kugel ausgebildeten Arretiergliedes 21 arretiert, somit in Achsrichtung von Nockenträger 3 und Grundnockenwelle 2 festgelegt, indem das Arretierglied 21 in die mittlere Rastgliedaufnahme 23 eingreift. Diese Drehstellung der Grundnockenwelle 2 bzw. des Nockenträgers 3 von 0° entspricht der Kulissenposition I in 3.
5 zeigt die Situation, in der der Stift 16 in den X-Y-Kulissenschlag 13 einspurt. Dies entspricht der Kulissenposition II in 3.
6 verdeutlicht den Anfang der axialen Verschiebung des Nockenträgers 3 und es erfolgt eine durch die X-Y-Schaltkurve 14 geführte Bewegung. Bei diesem Einspuren erfolgt noch keine Bewegung des Arretiergliedes 21. Dies entspricht der Kulissenposition III in 3.
7 verdeutlicht die axiale Beschleunigung des Nockenträgers 3 aufgrund der durch die X-Y-Schaltkurve 14 geführten Bewegung im Bereich des S-Schlages. Hierbei wird das Arretierglied 21 über den Kontaktabschnitt 27 des zwischen den Rastgliedaufnahmen 23 und 24 befindlichen Steges 26 beaufschlagt, womit das Arretierglied 21 eine radiale Bewegung vollführt. Dies entspricht der Kulissenposition IV in 3.
8 zeigt das Ende der Beschleunigungsphase des Nockenträgers 3 am Ende der durch die Schaltkurve 14 geführten Bewegung, somit am Anfang der Freiflugphase.
Hierbei befindet sich das Arretierglied 21 kurz vor dem maximalen Radialhub. Dies entspricht der Kulissenposition V in 3.
9 zeigt die Mitte der Freiflugphase. Das Arretierglied 21 überschreitet den maximalen Radialhub. Es erfolgt weiterhin eine axiale Bewegung des Nockenträgers 3 aufgrund der Trägheitskraft. Der Nockenträger 3 beharrt somit in Bewegung. Dies entspricht der Kulissenposition VI in 3.
10 verdeutlicht den Zustand in Bereichen des Endes der Freiflugphase. Die Feder 20 wirkt auf das Arretierglied 21 und dieses auf den Kontaktabschnitt 28 des Steges 26, womit in Verschieberichtung des Nockenträgers 3 eine zusätzliche Verschiebekraft in diesen eingeleitet wird. Der Stift 16 kontaktiert wieder die Schaltkurve 14 und es beginnt die Abbremsphase. Das Arretierglied 21 beginnt mit der Einrastbewegung in die Rastgliedaufnahme 24. Dies entspricht der Kulissenposition VII in 3.
11 zeigt die Situation, bei der der Nockenträger 3 aufgrund des Kontaktes des Stiftes 16 mit der Schaltkurve 14 gebremst wird. Das Rastglied 14 wird weiter in die Rastgliedaufnahme 24 bewegt und rastiert. Dies entspricht der Kulissenposition VIII in 3.
12 veranschaulicht das Ende der axialen Bewegung des Nockenträgers 3 in die Stellung A. Der Stift 16 wird durch die radiale Auswurfbewegung aus der Schaltkurve 14 ausgespurt. Dies entspricht der Kulissenposition IX in 3.
13 veranschaulicht den Nockenträger 3 in der Stellung A. Der Stift 16 ist ausgefahren und es greift das Arretierglied 11 vollständig in die Rastgliedaufnahme 24 ein. Dies entspricht der Kulissenposition X in 3 bei einem Drehwinkel der Grundnockenwelle 2 bzw. des Nockenträgers 3 von 360°.
Die 14 bis 16 veranschaulichen das Rückschalten des Nockenträgers 3 von der Stellung A in die Stellung G durch erneuertes Aktivieren des Aktuators 11, somit des Stiftes 16 wegen der vorstehenden ausführlichen Erörterung des Schaltvorganges von der Stellung G in die Stellung A ist der Schaltvorgang von der Stellung A in die Stellung G nur anhand dreier Positionen verdeutlicht, nämlich der Startposition bei 0° Drehwinkel gemäß 14 (entsprechend I in 3), der Freiflugphase gemäß 15 (entsprechend VI in 3) und der Endstellung G bei einem Drehwinkel von 360° gemäß 16 (entsprechend X in 3).
Die 17 und 19 veranschaulichen das Schalten des Nockenträgers 3 von der Stellung G in die Stellung B. Dieses erfolgt durch Aktivieren des anderen Aktuators 12 und somit des Stiftes 17. Da die Funktionsabläufe bei dieser Schaltung im Wesentlichen mit den Funktionsabläufen der vorgeschriebenen Schaltung aus der Stellung G in die Stellung A entsprechen, ist diese Schaltung von der Stellung G in die Stellung B nur anhand weniger Darstellungen erläutert. 17 zeigt die Startposition bei dem Drehwinkel 0° (entsprechend I in 3), in der der Stift 17 eingespurt wird und das Arretierglied 21 mit der Rastgliedaufnahme 23 rastiert. 18 zeigt die Freiflugphase (gemäß VI in 3), in der das Arretierglied 21 über den Steg 25 maximal nach radial innen bewegt ist, sodass anschließend der Kontaktabschnitt 28 in Wirkverbindung mit dem Arretierglied 21 gelangt. 19 zeigt den Nockenträger 3 in der Schaltstellung B, somit nach vollführter Drehung der Grundnockenwelle 2 von 360° (entsprechend X in 3).
Das Rückschalten von der Stellung B in die Stellung G erfolgt durch erneutes Aktivieren, somit Einspuren des Aktuators 12 und damit des Stiftes 17.
20 veranschaulicht eine Modifikation des Ventiltriebs 1 dahingehend, dass der Nockenträger 2 zwar zwei Schaltkurven 14 und 15 aufweist, diesen aber nur ein einziger Aktuator, vorliegend der Aktuator 11 mit dem Stift 16, zugeordnet ist und demzufolge auch nur zwei Rastgliedaufnahmen 23, 24 vorgesehen sind. Bezüglich der Wirkungsweise des derart ausgebildeten Ventiltriebs 11 wird auf die Beschreibung der 4 bis 13 verwiesen.
Bezugszeichenliste

1: Ventiltrieb
2: Grundnockenwelle
3: Nockenträger
4: Keilverzahnung
5: Keilverzahnung
6: Nockenbereich
7: Nockenbereich
8: Nocken
9: Nocken
10: Nocken
11: Aktuator
12: Aktuator
13: Kulissenschlag
14: Schaltkurve
15: Schaltkurve
16: Stift
17: Stift
18: Drehachse
19: Arretiermechanismus
20: Feder
21: Arretierglied/Rastglied
22: Rastgliedaufnahme
23: Rastgliedaufnahme
24: Rastgliedaufnahme
25: Steg
26: Steg
27: Kontaktabschnitt
28: Kontaktabschnitt
29: Einspurbereich
30: Verschiebebereich
31: Auswerferbereich
32: Kreuzungsbereich
33: gekrümmter Abschnitt
34: gekrümmter Abschnitt
35: Schlepphebel

ZITATE ENTHALTEN IN DER BESCHREIBUNG
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Zitierte Patentliteratur

DE 10148177 A1 [0003]
DE 102007051739 A1 [0004]
DE 102010033087 A1 [0006]
DE 102007010149 A1 [0007]

Claims

Ventiltrieb (1) einer Brennkraftmaschine, mit einer Grundnockenwelle (2) und einem in dieser drehfest und axialverschiebbar gelagerten Nockenträger (3), wobei der Nockenträger (3) mindestens zwei Nocken (8, 9, 10) zum alternativen Betätigen eines Ventils aufweist, sowie dem Nockenträger (3) zum axialen Verschieben mindestens ein Aktuator (11, 12) zugeordnet ist und dem jeweiligen Aktuator (11, 12) zwei Schaltkurven (14, 15) zugeordnet sind, wobei die jeweilige Schaltkurve (14, 15) einen Einspurbereich (29) zum Einspuren des Aktuators (11, 12) in die Schaltkurve (14, 15), einen Verschiebebereich (30) zum Verschieben des Nockenträgers (3) mittels des Aktuators (11, 12) und einen Auswerferbereich (31) zum Auswerfen des Aktuators (11, 12) aus der Schaltkurve (14, 15) aufweist, sowie die beiden Schaltkurven (14, 15) sich in deren Verschiebebereichen (30, 30) kreuzen, wobei das jeweilige Schalten innerhalb einer Drehung der Grundnockenwelle (2) erfolgt und der Aktuator (11, 12) im Kreuzungsbereich (32) der Schaltkurven (14, 15) außer Kontakt zu diesen ist, dadurch gekennzeichnet, dass ein Arretiermechanismus (19) vorgesehen ist, der den Nockenträger (3) in dessen Schaltstellungen bezüglich axialer Verschiebung des Nockenträgers (3) arretiert, wobei der Arretiermechanismus (19) ein federbelastetes Arretierglied (21) aufweist, wobei das Arretierglied (21) in einer Verschiebeposition des Nockenträgers (3), in der sich der Aktuator (11, 12) im Kreuzungsbereich (32) der Schaltkurve (14, 15) befindet, derart wirksam ist, dass über das Arretierglied (21) eine Schaltkraft zum Verschieben des Nockenträgers (3) in den Nockenträger (3) eingeleitet wird.
Ventiltrieb nach Anspruch 1, dadurch gekennzeichnet, dass das Arretierglied (21) zwischen der Grundnockenwellen (2) und dem Nockenträger (3) wirksam ist.
Ventiltrieb nach Anspruch 1 oder 2, dadurch gekennzeichnet, dass die jeweilige Schaltkurve (14, 15) in deren Verschiebebereich, bezogen auf die Drehbewegung des Nockenträgers (3) bezüglich des Aktuators (11, 12), vor dem Kreuzungsbereich (32) der Schaltkurven (14, 15) einen gekrümmten Abschnitt (33) zum Beschleunigen des Nockenträgers (3) und hinter dem Kreuzungsbereich (32) der Schaltkurven (14, 15) einen gekrümmten Abschnitt (34) zum Abbremsen des Nockenträgers (3) aufweist.
Ventiltrieb nach einem der Ansprüche 1 bis 3, dadurch gekennzeichnet, dass der Arretiermechanismus (19) ein in der Grundnockenwelle (2) gelagertes, federbelastetes Rastglied (21), insbesondere eine Rastkugel aufweist, sowie in dem Nockenträger (3) angeordnete Rastgliedaufnahmen (22, 23, 24) zur Aufnahme des Rastglieds (21) in den Schaltstellungen aufweist.
Ventiltrieb nach Anspruch 4, dadurch gekennzeichnet, dass der Arretiermechanismus (19) im Nockenträger (3) ausgebildete, umlaufende Rastgliedaufnahmen (22, 23, 24) aufweist, die senkrecht zur Drehachse (18) der Grundnockenwelle (2) angeordnet sind, wobei benachbarte Rastgliedaufnahmen (22, 23; 23, 24) ein umlaufender Steg (25; 26) trennt, der senkrecht zur Drehachse (18) der Grundnockenwelle (2) angeordnet ist, sowie der Steg (25, 26) beidseitig sich zur Drehachse (18) der Grundnockenwelle (2) hin verjüngende Kontaktabschnitte (27, 28) für das Rastglied (21) aufweist.
Ventiltrieb nach Anspruch 5, dadurch gekennzeichnet, dass der Steg (25, 26) im Bereich seines der Drehachse (18) der Grundnockenwelle (2) zugewandten Endes einen dreieckigen Querschnitt, insbesondere einen Querschnitt eines gleichschenkligen Dreiecks aufweist.
Ventiltrieb nach einem der Ansprüche 1 bis 6, dadurch gekennzeichnet, dass der jeweilige Aktuator (11, 12) einen Stift (16, 17) zum Kontaktieren der jeweiligen Schaltkurve (14, 15) aufweist.
Ventiltrieb nach Anspruch 7, dadurch gekennzeichnet, dass der Stift (16, 17) als Zylinder ausgebildet ist, dessen Zylinderachse senkrecht zur Drehachse (18), der Grundnockenwelle (2) angeordnet ist und diese Drehachse (18) kreuzt.
Ventiltrieb nach einem der Ansprüche 1 bis 8, dadurch gekennzeichnet, dass die Nocken (8, 9, 10) dieselbe Nockenbreite aufweisen und die jeweilige Schaltkurve (14, 15) derart ausgebildet ist, dass der durch diese Schaltkurve (14, 15) erzeugte Schaltweg des Nockenträgers (3) der Nockenbreite entspricht.
Ventiltrieb nach einem der Ansprüche 1 bis 9, dadurch gekennzeichnet, dass die beiden Schaltkurven (14, 15) identisch, aber bezüglich einer Ebene senkrecht zur Drehachse (18) der Grundnockenwelle (2) gespiegelt angeordnet, ausgebildet sind.
Ventiltrieb nach einem der Ansprüche 1 bis 10, dadurch gekennzeichnet, dass ein einziger Aktuator (12) vorgesehen ist, dem zwei Schaltkurven (14, 15) zugeordnet sind.
Ventiltrieb nach einem der Ansprüche 1 bis 10, dadurch gekennzeichnet, dass zwei Aktuatoren (11, 12) vorgesehen sind, denen zwei Schaltkurven (14, 15) zugeordnet sind, wobei dem jeweiligen Aktuator (11, 12) diese beiden Schaltkurven (14, 15) zugeordnet sind und der eine Aktuator in die eine Schaltkurve und der andere Aktuator in die andere Schaltkurve einspurt.