DE102013207355A1

DE102013207355A1 - Verstellbarer Mehrprofilnocken

Info

Publication number: DE102013207355A1
Application number: DE102013207355.0A
Authority: DE
Inventors: Christoph Beerens; Roberto Cutrona
Original assignee: Mahle International GmbH
Current assignee: Mahle International GmbH
Priority date: 2013-04-23
Filing date: 2013-04-23
Publication date: 2014-10-23

Abstract

Die vorliegende Erfindung betrifft eine Nockenwelle (1) zur Betätigung von Ventilen (2) einer Brennkraftmaschine (3), – mit einer Außenwelle (4) und einer koaxial dazu angeordneten und relativ zur Außenwelle (4) verdrehbaren Innenwelle (5), – mit zumindest einem ersten Nocken (6), der drehfest mit der Außenwelle (4) verbunden ist und – mit zumindest einem zweiten Nocken (7), der drehfest mit der Innenwelle (5) verbunden ist, – einem ersten Phasensteller (10) zur Relativverdrehung der Innenwelle (5) zur Außenwelle (4). Erfindungswesentlich ist hierbei, dass zumindest ein zweiter Nocken (7) als Mehrfachnocken mit zumindest zwei Nockenprofilen (12, 12’, 12’’) ausgebildet ist.

Description

Die vorliegende Erfindung betrifft eine Nockenwelle zur Betätigung von Ventilen einer Brennkraftmaschine gemäß dem Oberbegriff des Anspruchs 1. Die Erfindung betrifft außerdem eine mit einer derartigen Nockenwelle ausgestattete Brennkraftmaschine.
Gattungsgemäße Nockenwellen, sogenannte CIC (Cam in Cam) Nockenwellen sind hinlänglich bekannt und besitzen üblicherweise eine Außenwelle sowie eine koaxial dazu angeordnete und relativ zur Außenwelle verdrehbare Innenwelle. Dabei sind zumindest zwei Nocken vorgesehen, nämlich ein erster Nocken, der drehfest mit der Außenwelle verbunden ist, sowie ein zweiter Nocken, der drehfest, beispielsweise über eine Verstiftung, mit der Innenwelle verbunden ist. Ebenfalls vorgesehen ist ein Phasensteller zur Relativverdrehung der Innenwelle zur Außenwelle. Mittels derartiger Cam in Cam-Lösungen kann ein bis dato nicht möglicher Einfluss auf unterschiedliche Ventilsteuerzeiten erzielt werden.
Die vorliegende Erfindung beschäftigt sich mit dem Problem, für eine Nockenwelle der gattungsgemäßen Art eine verbesserte Ausführungsform anzugeben, die sich insbesondere durch eine gesteigerte Variabilität auszeichnet.
Dieses Problem wird erfindungsgemäß durch die Gegenstände der unabhängigen Ansprüche gelöst. Vorteilhafte Ausführungsformen sind Gegenstand der abhängigen Ansprüche.
Die vorliegende Erfindung beruht auf dem allgemeinen Gedanken, bei einer an sich bekannten verstellbaren Nockenwelle mit einer Innenwelle und einer koaxial dazu angeordneten und verdrehbaren Außenwelle einen Nocken, der mit der Innenwelle drehfest verbunden ist, als Mehrfachnocken mit zumindest zwei unterschiedlichen Nockenprofilen auszubilden. Generell besitzt die Nockenwelle somit einen ersten Nocken, der drehfest mit der Außenwelle verbunden ist, wie den soeben erwähnten zweiten Nocken, welcher drehfest mit der Innenwelle verbunden ist. Um Einfluss auf die Öffnungszeiten der Ein- und Auslassventile einer Brennkraftmaschine zu nehmen, ist ein erster Phasensteller vorgesehen, mittels welchem die Innenwelle relativ zur Außenwelle verdreht werden kann. Zumindest einer der zwei Nocken ist nun erfindungsgemäß als Mehrfachnocken mit zwei Nockenprofilen ausgebildet, wodurch eine deutlich gesteigerte Variabilität hinsichtlich der Steuerungsmöglichkeiten der Ventile erreicht werden kann. Durch die zumindest zwei Nockenprofile des als Mehrfachnocken ausgebildeten zweiten Nockens kann beispielsweise zusammen mit einem schaltbaren Tassenstößel oder einem schaltbaren Hebel ein Ventilhub des Ventils der Brennkraftmaschine beeinflusst werden. Hierbei können beispielsweise unterschiedliche Hubhöhen aber auch eine komplette Abschaltung des zugehörigen Ventils realisiert werden, insbesondere sofern zumindest eines der beiden Nockenprofile als Nullprofil ausgebildet ist. Mit der erfindungsgemäßen Nockenwelle lässt sich somit insbesondere auch die Leistungsfähigkeit der Brennkraftmaschine an unterschiedlichste Betriebszustände äußerst flexibel anpassen.
Zweckmäßig ist zumindest ein zweiter Nocken direkt benachbart zu einem ersten Nocken angeordnet, wobei selbstverständlich auch denkbar ist, dass der zweite Nocken beabstandet zum ersten Nocken angeordnet ist. Bei einer direkt benachbarten Anordnung des ersten und zumindest eines zweiten Nockens kann sowohl mit dem ersten Nocken als auch mit dem zweiten Nocken auf eine Steuerzeit eines von diesen betätigten Ventils Einfluss genommen werden. Alternativ ist selbstverständlich auch eine Anordnung des zweiten Nockens direkt benachbart zwischen zwei ersten Nocken denkbar.
Bei einer weiteren vorteilhaften Ausführungsform der erfindungsgemäßen Lösung kann zumindest ein zweiter Nocken lediglich ein einziges Nockenprofil aufweisen. In diesem Fall ist dieser zweite Nocken ebenfalls, beispielsweise über eine Verstiftung, drehfest mit der Innenwelle der Nockenwelle verbunden und dadurch relativ zur Außenwelle drehbar. Hierfür ragt ein den zweiten Nocken mit der Innenwelle verbindender Stift durch ein sich in Umfangsrichtung erstreckendes Langloch in der Außenwelle.
Bei einer weiteren vorteilhaften Ausführungsform der erfindungsgemäßen Lösung weist zumindest ein zweiter Nocken drei Abschnitte, das heißt drei nebeneinander angeordnete Nockenprofile auf. Hierdurch können durch den Abgriff mit entsprechenden schaltbaren Hebeln drei verschiedene Ventilhübe realisiert werden Beispielsweise zwei Ventilhübe und ein sogenannter Nullhub zur Ventilabschaltung.
Zweckmäßig ist zudem ein zweiter Phasensteller vorgesehen, mittels dem die Außenwelle relativ zu einer Kurbelwelle einer Brennkraftmaschine verdrehbar ist. Mit dem ersten Phasensteller lässt sich – wie eingangs erwähnt – die Innenwelle relativ zur Außenwelle verdrehen, wobei mittels des zweiten Phasenstellers die Außenwelle relativ zu einem Antrieb, insbesondere relativ zu einer Kurbelwelle der Brennkraftmaschine verstellbar ist. Generell sind die Ventilöffnungszeiten der Brennkraftmaschine konstruktiv festgelegt und als Steuerzeiten bezeichnet, da sie den Ladungswechsel der Brennkraftmaschine steuern. Die Zeit, in der die Auslassventile und Einlassventile gleichzeitig geöffnet sind, wird dabei Überschneidung genannt. Die Überschneidungszeiten beeinflussen die Eigenschaften der Brennkraftmaschine grundlegend, so dass beispielsweise eine Brennkraftmaschine mit geringer Überschneidungszeit ein eher hohes maximales Drehmoment bei niedrigen Drehzahlen aber eine geringere maximale Leistung bei hohen Drehzahlen aufweist. Durch große Überschneidungszeiten wiederum lässt sich eine höhere Maximalleistung erreichen, jedoch auf Kosten des Drehmoments bei niedrigen Drehzahlen.
Die Erfindung beruht weiter auf dem allgemeinen Gedanken, eine Brennkraftmaschine mit einer derartigen Nockenwelle auszustatten und zudem zumindest ein Ventil mittels einer Ventilbetätigungseinrichtung schaltbar zu machen. Eine derartige Ventilbetätigungseinrichtung kann beispielsweise ein Tassenstößel sein, welcher bei einer oben liegenden Nockenwelle zum Einsatz kommt. Ein derartiger Tassenstößel überträgt die Bewegung des Nockens der Nockenwelle auf das jeweilige Ventil, wobei ein schaltbarer Tassenstößel zugleich das Umschalten zwischen zwei Ventilhüben oder aber zwischen einem Vollhub und einem Nullhub (Ventil- bzw. Zylinderabschaltung), ermöglicht. Hierdurch kann insbesondere wiederum motorlastabhängig ein thermodynamischer Wirkungsgrad der Brennkraftmaschine optimiert werden. Denn generell bestehen derartige schaltbare Tassenstößel aus zwei ineinander geschachtelten Gehäusen, einer sogenannten Innen- und einer Außentasse. Die Innentasse stützt sich dabei zwischen dem Ventil und dem Nocken ab und überträgt den Null- oder Teilhub auf das Ventil. Die Außentasse wird beispielsweise mittels einer Lost-Motion-Feder in einen Endanschlag an der Innentasse verspannt. Beide Tassen sind dabei über einen Koppelmechanismus miteinander koppelbar, wobei im verriegelten Zustand der große Hub über die Außentasse auf das Ventil übertragen wird. Eine Ventilspielkompensation kann hierbei hydraulisch oder mechanisch ausgeführt werden. Eine derartige erfindungsgemäße Brennkraftmaschine kann entweder eine obenliegende Nockenwelle oder aber zwei parallel angeordnete obenliegende Nockenwellen aufweisen, wobei dann eine der Nockenwelle die Einlassventile und die andere Nockenwelle die Auslassventile der Brennkraftmaschine steuert.
Weitere wichtige Merkmale und Vorteile der Erfindung ergeben sich aus den Unteransprüchen, aus den Zeichnungen und aus der zugehörigen Figurenbeschreibung anhand der Zeichnungen.
Es versteht sich, dass die vorstehend genannten und die nachstehend noch zu erläuternden Merkmale nicht nur in der jeweils angegebenen Kombination, sondern auch in anderen Kombinationen oder in Alleinstellung verwendbar sind, ohne den Rahmen der vorliegenden Erfindung zu verlassen.
Bevorzugte Ausführungsbeispiele der Erfindung sind in den Zeichnungen dargestellt und werden in der nachfolgenden Beschreibung näher erläutert, wobei sich gleiche Bezugszeichen auf gleiche oder ähnliche oder funktional gleiche Bauteile beziehen.
Es zeigen, jeweils schematisch,
1a bis f unterschiedliche mögliche Ausführungsformen der erfindungsgemäßen Nockenwelle,
2a bis c eine Schnittdarstellung durch die 1e entlang der Schnittebene A-A bei unterschiedlichen Drehstellungen des zweiten Nockens relativ zum ersten Nocken.
Entsprechend den 1 und 2, weist eine erfindungsgemäße Nockenwelle 1 zur Betätigung von lediglich angedeuteten Ventilen 2 einer Brennkraftmaschine 3 eine Außenwelle 4 sowie eine koaxial dazu angeordnete und relativ zur Außenwelle 4 verdrehbare Innenwelle 5 auf. Die Innenwelle 5 ist dabei als Vollwelle ausgebildet, wogegen die Außenwelle 4 als Hohlwelle ausgebildet ist. Selbstverständlich ist auch die Ausbildung der Innenwelle 5 als Hohlwelle denkbar. Die erfindungsgemäße Nockenwelle 1 weist darüber hinaus zumindest einen ersten Nocken 6 auf, welcher drehfest mit der Außenwelle 4 verbunden ist, beispielsweise mittels eines thermischen Schrumpfsitz auf dieser gefügt ist. Darüber hinaus besitzt die erfindungsgemäße Nockenwelle 1 einen zweiten Nocken 7, welcher drehfest mit der Innenwelle 5, beispielsweise über einen Stift 8, verbunden ist. Der Stift 8 ist dabei in einem in der Außenwelle 4 angeordneten und sich in Umfangsrichtung erstreckenden Langloch 9 (vgl. die 2a bis c) geführt. Ebenfalls vorgesehen ist ein erster Phasensteller 10 (vgl. 1d), mittels welchem die Innenwelle 5 relativ zur Außenwelle 4 und damit der zweite Nocken 7 relativ zum ersten Nocken 6 verdrehbar ist. Darüber hinaus kann selbstverständlich noch ein zweiter Phasensteller 11 vorgesehen sein, mittels welchem die Außenwelle 4 bzw. die gesamte Nockenwelle 1 relativ zu einem Antrieb, beispielsweise einer nicht gezeigten Kurbelwelle der Brennkraftmaschine 3 verstellbar ist. Erfindungsgemäß ist nun zumindest einer der zweiten Nocken 7 als Mehrfachnocken mit zumindest zwei Nockenprofilen 12, 12', 12'' ausgebildet.
Gemäß den 1a und 1b besitzt der zweite Nocken 7 zwei Nockenprofile 12 und 12', wogegen er gemäß den 1c bis 1f insgesamt drei Nockenprofile 12, 12' und 12'' besitzt, die entweder generell unterschiedlich ausgebildet sein können oder aber von denen zumindest zwei unterschiedlich ausgebildet sind.
Betrachtet man die 1a, c und 1f so kann man erkennen, der zweite Nocken 7 beabstandet zum ersten Nocken 6 angeordnet ist, wobei selbstverständlich auch denkbar ist, dass der zweite Nocken 7 direkt benachbart zum ersten Nocken 6 angeordnet ist, wie dies beispielsweise in den 1b, 1d und 1e dargestellt ist. Gemäß der Darstellung in der 1e ist der zweite Nocken 7 zudem zwischen zwei ersten Nocken 6 angeordnet.
Bei einer weiteren vorteilhaften Ausführungsform der erfindungsgemäßen Lösung kann zumindest eines der Nockenprofile 12, 12' oder 12'' des zweiten Nockens 7 als Nullprofil ausgebildet sein und damit der Ventil- bzw. Zylinderabschaltung dienen. Hierdurch ist insbesondere ein energiesparender Betrieb der Brennkraftmaschine 3 möglich. Ebenso vorgesehen sein kann ein weiterer zweiter Nocken 7', welcher über einen Stift 8 mit der Innenwelle 5 verstiftet ist, welcher jedoch im Vergleich zum anderen zweiten Nocken 7 lediglich ein einziges Nockenprofil 12 aufweist (vgl. 1d).
Betrachtet man beispielsweise den zweiten Nocken 7 gemäß der 1f, so kann man erkennen, dass dieser insgesamt drei Abschnitte bzw. drei Nockenprofile 12, 12', 12'' hat, die zudem symmetrisch ausgebildet sind und im Zusammenwirken mit entsprechenden schaltbaren Hebeln drei verschiedene Ventilhübe ermöglichen.
Mit einer derartigen Nockenwelle 1 lässt sich die Brennkraftmaschine 3 deutlich variabler steuern und damit deutlich individueller an unterschiedlichste Lastsituationen anpassen. Weiter dazu beitragen kann auch eine Ventilbetätigungseinrichtung 13 (vgl. 2a), mittels welcher beispielsweise das Ventil 2 abschaltbar ist. Eine derartige Ventilbetätigungseinrichtung 13 kann insbesondere als Tassenstößel oder als schaltbarer Hebel ausgebildet sein. Ein derartiger schaltbarer Hebel überträgt die Bewegung des Nockens 7 an das Ventil 2. In der Darstellung gem. der 2a wird der Nocken 6, 7 direkt auf die Ventilbetätigungseinrichtung 13 ein.

Claims

Nockenwelle (1) zur Betätigung von Ventilen (2) einer Brennkraftmaschine (3), – mit einer Außenwelle (4) und einer koaxial dazu angeordneten und relativ zur Außenwelle (4) verdrehbaren Innenwelle (5), – mit zumindest einem ersten Nocken (6), der drehfest mit der Außenwelle (4) verbunden ist und – mit zumindest einem zweiten Nocken (7), der drehfest mit der Innenwelle (5) verbunden ist, – einem ersten Phasensteller (10) zur Relativverdrehung der Innenwelle (5) zur Außenwelle (4), dadurch gekennzeichnet, dass zumindest ein zweiter Nocken (7) als Mehrfachnocken mit zumindest zwei Nockenprofilen (12, 12’, 12’’) ausgebildet ist.
Nockenwelle nach Anspruch 1, dadurch gekennzeichnet, dass zumindest ein zweiter Nocken (7) direkt benachbart zu einem ersten Nocken (6) angeordnet ist.
Nockenwelle nach Anspruch 1 oder 2, dadurch gekennzeichnet, dass zumindest ein zweiter Nocken (7) direkt benachbart zwischen zwei ersten Nocken (6) angeordnet ist.
Nockenwelle nach einem der Ansprüche 1 bis 3, dadurch gekennzeichnet, dass zumindest ein Nockenprofil (12, 12’, 12’’) des zweiten Nockens (7) als Nullprofil ausgebildet ist.
Nockenwelle nach einem der Ansprüche 1 bis 4, dadurch gekennzeichnet, dass zumindest ein zweiter Nocken (7’) lediglich ein Nockenprofil (12) aufweist.
Nockenwelle nach einem der Ansprüche 1 bis 5, dadurch gekennzeichnet, dass ein zweiter Phasensteller (11) vorgesehen ist, mittels welchem die Außenwelle (4) relativ zu einer Kurbelwelle einer Brennkraftmaschine (3) verdrehbar ist.
Nockenwelle nach einem der Ansprüche 1 bis 6, dadurch gekennzeichnet, dass zumindest ein zweiter Nocken (7) drei Abschnitte (Nockenprofile) aufweist.
Brennkraftmaschine (3) mit zumindest einer obenliegenden Nockenwelle (1) nach einem der Ansprüche 1 bis 7.
Brennkraftmaschine nach Anspruch 8, dadurch gekennzeichnet, dass zumindest ein Ventil (2) mittels einer Ventilbetätigungseinrichtung (13) schaltbar ist.
Brennkraftmaschine nach Anspruch 9, dadurch gekennzeichnet, dass die Betätigungseinrichtung (13) einen schaltbarer Tassenstößel oder einen schaltbarer Hebel aufweist.