DE102014014282B4

DE102014014282B4 - Ventiltrieb für eine Brennkraftmaschine

Info

Publication number: DE102014014282B4
Application number: DE102014014282.5A
Authority: DE
Inventors: Martin Kapp; Christoph Lincke; Holger Rudzinski; Peter Schmidt
Original assignee: Daimler AG
Current assignee: Mercedes Benz Group AG
Priority date: 2014-09-27
Filing date: 2014-09-27
Publication date: 2021-01-21
Anticipated expiration: 2034-09-28
Also published as: DE102014014282A1

Abstract

Ventiltrieb für eine Brennkraftmaschine mit einer Nockenwelle und einem Nockenstück (1), welches durch ein aktuatorgesteuertes, in radialer Richtung bewegbares Schaltelement (8) mit einem Eingriffselement (9) axial verschiebbar auf der Nockenwelle gelagert ist, wobei das Eingriffselement (9) für eine erste Verschiebung des Nockenstücks (1) von einer ersten Position in eine zweite Position eine erste Nut (10a) besitzt, in die eine spiralförmig auf dem Nockenstück (1) verlaufende Schaltrippe (5) eingreift, wobei das Eingriffselement (9) für eine weitere Verschiebung des Nockenstücks (1) von der zweiten Position in eine dritte Position eine zweite Nut (10b) besitzt, in die entsprechend der ersten Verschiebung die zuvor mit dem Nockenstück (1) axial verschobene Schaltrippe (5) zur weiteren Verschiebung eingreift, und wobei die weitere Verschiebung in die gleiche Richtung wie die erste Verschiebung erfolgt.

Description

Die Erfindung betrifft einen Ventiltrieb für eine Brennkraftmaschine.
Aus der DE 10 2007 054 978 A1 ist bereits ein Ventiltrieb bekannt. Auf der Nockenwelle sitzen dabei axial verschiebbare, aber drehfeste Nockenstücke. Die Nockenstücke besitzen dabei zwei unterschiedliche Nockenkonturen, die jeweils mit einem Hubventil in Wirkverbindung stehen können. Die unterschiedlichen Nockenkonturen werden durch axiales Verschieben der Nockenstücke auf der Nockenwelle eingestellt.
Beim Schaltvorgang der Nockenstücke greift dabei ein Schaltelement in eine Schaltrippe auf den Nockenstücken ein und verschiebt so die Nockenstücke auf der Nockenwelle.
Nachteilig ist dabei, dass der Erstreckungsbereich der Schaltrippe auf dem Nockenstück sehr breit wird, sobald, wie z.B. aus der DE 10 2011 122 451 A1 bekannt, eine dritte Nockenkontur zur größeren Variabilität des Ventiltriebs auf dem Nockenstück vorgesehen wird, was zu Platzproblemen im Ventiltrieb führt.
Der Erfindung liegt die Aufgabe zugrunde, einen Ventiltrieb für eine Brennkraftmaschine zu schaffen, der bei drei oder mehr schaltbaren Nockenkonturen ein platzsparendes Umschaltsystem bereitstellt.
Erfindungsgemäß wird die Aufgabe durch die Merkmale des Patenanspruchs 1 gelöst.
Der erfindungsgemäße Ventiltrieb besitzt eine Nockenwelle und ein Nockenstück, welches durch ein aktuatorgesteuertes, in radialer Richtung bewegbares Schaltelement mit einem Eingriffselement, axial verschiebbar auf der Nockenwelle gelagert ist.
Das Eingriffselement besitzt für eine erste Verschiebung des Nockenstücks von einer ersten Position in eine zweite Position eine erste Nut, in die eine spiralförmig auf dem Nockenstück verlaufende Schaltrippe eingreift und für eine weitere Verschiebung des Nockenstücks von der zweiten Position in eine dritte Position, eine zweite Nut, in die entsprechend der ersten Verschiebung die zuvor mit dem Nockenstück axial verschobene Schaltrippe zur weiteren Verschiebung eingreift, wobei die weitere Verschiebung in die gleiche Richtung wie die erste Verschiebung erfolgt.
Weitere Ausgestaltungen ergeben sich aus den Unteransprüchen.
Ein besonders sicherer Ventiltrieb ergibt sich, wenn das Nockenstück ein Ausspurelement für das Schaltelement besitzt.
In einer nicht beanspruchten Ausgestaltung besitzt dabei das Nockenstück einen Rückdrehschutz zur Vermeidung von Beschädigungen durch das Zurückdrehen des Motors beim Abstellen.
Nicht beansprucht sind das Eingriffselement und/oder das Schaltelement radial drehbar gelagert und das Eingriffselement weist beim Einspuren in die Schaltrippe eine ausgerichtete Winkellage zur Verschleißminderung auf.
Weitere Vorteile ergeben sich aus der folgenden Zeichnungsbeschreibung. In der Zeichnung ist ein Ausführungsbeispiel der Erfindung dargestellt.
Dabei zeigen:

1 ausschnittweise den Ventiltrieb in perspektivischer Ansicht,
2 a-f den Ablauf der Verschiebung des Nockenstücks von einer ersten Position in eine zweite Position in perspektivischer Ansicht, und
3 a-f den Ablauf der Verschiebung des Nockenstücks von der zweiten Position in eine dritte Position in perspektivischer Ansicht.

Ein in 1 gezeigter, erfindungsgemäßer Ventiltrieb umfasst ein Nockenstück 1, welches axial auf einer nicht dargestellten Nockenwelle verschiebbar gelagert ist und mit der Nockenwelle drehfest über eine Innenverzahnung 2 verbunden ist. Die innenseitig vorgesehene Längsverzahnung 2 des Nockenstücks 1 greift, nicht dargestellt, in eine korrespondierende Außenverzahnung der Nockenwelle ein, so dass Längsverschiebungen des Nockenstücks 1 auf der Nockenwelle möglich sind, aber in Umfangsrichtung eine drehfeste Verbindung erfolgt. Das Nockenstück 1 besteht aus zwei Nockenabschnitten, einem ersten, in 1 links dargestellten Nockenabschnitt 3 und einem zweiten, in 1 rechts dargestellten Nockenabschnitt 4, welche von einer dazwischenliegenden, spiralförmigen Schaltrippe 5 geteilt sind. Die Schaltrippe 5 hat eine umlaufende spiralförmige Kontur, die den ersten Nockenabschnitt 3 mit dem zweiten Nockenabschnitt 4 verbindet, dazwischen befinden sich eine Ausspurhilfe 11 sowie ein Rückdrehschutz 14. Die Ausspurhilfe 11 und der Rückdrehschutz 14 sind in ihrer radialen Höhe ansteigend bzw. abfallend in Form einer Rampe ausgebildet und bilden gemeinsam eine Nockenform, deren Nockenspitze der Höhe der Schaltrippe 5 entspricht. Die Nockenabschnitte 3, 4 weisen jeweils drei verschiedene Nockenkonturen 3a, 3b, 3c, 4a, 4b, 4c auf. Die Nockenkonturen 3a, 3b, 3c, 4a, 4b, 4c besitzen unterschiedliche Außenkonturen und bewirken so verschiedene Betätigungscharakteristiken für Gaswechselventile, die über Rollenschlepphebel 6, 7 mit den Nockenkonturen 3a, 3b, 3c, 4a, 4b, 4c in Wirkverbindung stehen. Es handelt sich bei dem gezeigten Ausführungsbeispiel um Einlassventile, es können aber auch Auslassventile oder eine Kombination von Ein- und Auslassventilen mit dem erfindungsgemäßen Ventiltrieb geschaltet werden. Durch die verschiedenen Betätigungscharakteristiken der Gaswechselventile lassen sich je nach Leistungsbedarf der Brennkraftmaschine unterschiedliche Ventilhübe einstellen. Dies erfolgt durch Verschieben des Nockenstücks 1 mit seinen Nockenkonturen 3a, 3b, 3c, 4a, 4b, 4c auf der Nockenwelle. Die drei Nockenkonturen 3a, 3b, 3c des ersten Nockenabschnitts 3 stehen je nach Position des Nockenstücks 1 auf der Nockenwelle abwechselnd mit dem ersten einlassseitigen Gaswechselventil über den Rollenschlepphebel 6 in Wirkverbindung. Die drei Nockenkonturen 4a, 4b, 4c des zweiten Nockenabschnitts 4 stehen mit dem zweiten einlassseitigen Gaswechselventil über den Rollenschlepphebel 7 in Wirkverbindung.
Weiter besitzt der erfindungsgemäße Ventiltrieb ein quer zu einer Längsachse 16, in eine Schaltrichtung 15 verlaufendes, radiales Schaltelement 8 nach Art einer Gabel mit einem sich am axialen Ende des Schaltelements 8 vorgesehenen Eingriffselement 9. Das Eingriffselement 9 ist um die Schaltrichtung 15 drehbar am Schaltelement 8 gelagert und besitzt zwei Schalteingriffe in Form zweier Nuten, eine erste, rechtsliegende Nut 10a und eine zweite, linksliegende Nut 10b, die durch jeweils einen äußeren Steg 13a; 13b sowie einen gemeinsamen Steg 12 gebildet werden. Das Eingriffselement 9 kann beispielsweise als Nutenstein ausgebildet sein. Das Schaltelement 8 ist beispielsweise elektromagnetisch betätigbar ausgebildet und kann somit in Schaltrichtung 15 verschoben werden.
Die 2a-f zeigen die Verschiebung des Nockenstücks 1 auf der Nockenwelle von einer ersten, in 2a dargestellten Position, bei der die Nockenkonturen 3a, 4a über die Rollenschlepphebel 6, 7 mit den Gaswechselventilen in Wirkverbindung stehen, in eine zweite, in 2f dargestellte Position, bei der die Nockenkonturen 3b, 4b über die Rollenschlepphebel 6, 7 mit den Gaswechselventilen in Wirkverbindung stehen.
Dazu wird das Schaltelement 8 beispielsweise über einen nicht dargestellten Aktuator in die Schaltrichtung 15 bewegt, so dass die Schaltrippe 5 in die erste Nut 10a des Eingriffselements 9, wie in 2b dargestellt, eingreift. In dieser Position wird das Schaltelement 8 ohne weitere Ansteuerung durch einen nicht näher dargestellten Mechanismus, wie zum Beispiel eine Verriegelung oder eine Feder, gehalten. Das Eingriffselement 9 und damit die erste Nut 10a besitzt dabei in ihrer Einfahrposition eine zur Schaltrippe 5 zuvor ausgerichtete Winkellage, so dass in die erste Nut 10a die schräg verlaufende Schaltrippe 5 ohne Verkanten eingreifen kann und die erste Nut 10a des Eingriffselements 9 bei einer Aktivierung des Schaltelements 8 immer die Schaltrippe 5 trifft.
Durch die Drehbewegung der Nockenwelle um die Längsachse 16 und damit des Nockenstücks 1 bewegt sich die Schaltrippe 5 in der ersten Nut 10a und das Eingriffselement 9 folgt so der kompletten Schaltrippe 5. Die Schaltrippe 5 verläuft spiralförmig auf dem Nockenstück 1 und besitzt somit einen axialen Versatz. Der Versatz entspricht der Größe des Verschiebewegs von der Position in der die Rollenschlepphebel 6, 7 mit den Nockenkonturen 3a, 4a in Wirkverbindung stehen zur Position in der die Rollenschlepphebel 6, 7 mit den benachbarten Nockenkonturen 3b, 4b in Wirkverbindung stehen bzw. von der Position in der die Rollenschlepphebel 6, 7 mit den Nockenkonturen 3b, 4b in Wirkverbindung stehen zur Position in der die Rollenschlepphebel 6, 7 mit den benachbarten Nockenkonturen 3c, 4c in Wirkverbindung stehen. Das Nockenstück 1 wird somit um den axialen Versatz der Schaltrippe 5 auf der Nockenwelle nach links verschoben und wird in dieser Position durch eine nicht dargestellte Rastierung gehalten. Das Eingriffselement 9 ist dabei drehbar um die Schaltrichtung 15 am Schaltelement 9 gelagert und die erste Nut 10a kann so in ihrer Winkellage zur Schaltrippe 5 dem axialen Versatz der Schaltrippe 5 geringfügig folgen, um so eine ggf. starke Reibung und daraus resultierenden Verschleiß der ersten Nut 10a und/oder der Schaltrippe 5 zu verringern. Vor dem Erreichen der zweiten, in 2f dargestellten Position, die nach einer kompletten Umdrehung der Nockenwelle erreicht ist, folgt die Ausspurhilfe 11, welche sich zwischen dem axialen Versatz der Schaltrippe 5 befindet und deren radiale Höhe ansteigend ist bis die Höhe der Ausspurhilfe 11 die Höhe der Schaltrippe 5 erreicht hat. Vor dem Erreichen der zweiten Position des Nockenstücks 1 auf der Nockenwelle trifft der gemeinsame Steg 12 des Eingriffselements 9 auf die Ausspurhilfe 11, wie in 2e dargestellt, und folgt dieser. Durch die ansteigende Höhe der Ausspurhilfe 11 in Form einer Rampe wird das Schaltelement 8 so bei Erreichen der zweiten Position des Nockenstücks 1 auf der Nockenwelle entgegen der Schaltrichtung 15 zurück in seine Ausgangsposition geschoben, so dass die erste Nut 10a nicht mehr mit der Schaltrippe 5 in Wirkverbindung steht.
Die 3a-f zeigen die weitere Verschiebung des Nockenstücks 1 auf der Nockenwelle ausgehend von der zweiten, in 3a dargestellten Position, bei der die Nockenkonturen 3b, 4b über die Rollenschlepphebel 6, 7 mit den Gaswechselventilen in Wirkverbindung stehen, in eine dritte, in 3f dargestellten Position, bei der die Nockenkonturen 3c, 4c über die Rollenschlepphebel 6, 7 mit den Gaswechselventilen in Wirkverbindung stehen. Der Verschiebevorgang erfolgt dabei analog zur in 2a-f dargestellten Verschiebung, in die gleiche Richtung, mit dem Unterschied, dass nun bei Betätigung des Schaltelements 8 und damit Bewegung des Schaltelements 8 in die Schaltrichtung 15, die Schaltrippe 5 durch die axiale Lage des Nockenstücks 1 auf der Nockenwelle, und somit der axialen Lage zum Schaltelement 8, wie in 3b gezeigt, in die zweite Nut 10b eingreift und so, bei weiterer Drehung der Nockenwelle, das Nockenstück 1 in eine dritte, in 3f dargestellte Position auf der Nockenwelle nach links verschoben wird. Die zweite Nut 10b bewegt sich somit beim Verschieben von der zweiten in die dritte Position des Nockenstücks 1 auf der Nockenwelle auf den gleichen Abschnitten der Schaltrippe 5 wie die erste Nut 10a beim Verschieben von der ersten in die zweite Position des Nockenstücks 1 auf der Nockenwelle.
Beim Erreichen der dritten Position des Nockenstücks 1 auf der Nockenwelle wird das Schaltelement 8 entgegen der Schaltrichtung 15 in seine Ausgangsposition bewegt, indem der äußere Steg 13a auf die Ausspurhilfe 11 trifft, wie in den 3e-f dargestellt.
Ferner besitzt der Ventiltrieb bei entgegengesetzter Drehrichtung der Nockenwelle einen Rückdrehschutz 14, der analog zur Ausspurhilfe 11 ausgeführt ist, um Beschädigungen durch einen beim Abstellen zurückdrehenden Motor zu verhindern. Dabei wird bei entgegengesetzter Drehrichtung der Nockenwelle das Schaltelement 8 bei Erreichen einer Endposition des Nockenstücks 1 auf der Nockenwelle ebenfalls entgegen der Schaltrichtung 15 in seine Ausgangsposition zurückbewegt, indem der gemeinsame Steg 12 bzw. der äußere Steg 13a des Eingriffselements 9 auf den Rückdrehschutz 14 trifft und diesem folgt und so durch die ansteigende Höhe des Rückdrehschutzes 14 in Form einer Rampe entgegen der Schaltrichtung 15 bewegt wird.
Um eine entsprechende Rückverstellung des Nockenstücks 1 in die jeweiligen Positionen auf der Nockenwelle zu ermöglichen, ist, nicht dargestellt, an dem Nockenstück 1 bzw. an einem nicht näher dargestellten, benachbarten Nockenstück derselbe erfindungsgemäße Ventiltrieb vorzusehen, welcher jedoch dann mit entgegengesetzter Verstellrichtung (nach rechts) und entsprechender Kurvenbahn einer Schaltrippe auszuführen wäre.

Claims

Ventiltrieb für eine Brennkraftmaschine mit einer Nockenwelle und einem Nockenstück (1), welches durch ein aktuatorgesteuertes, in radialer Richtung bewegbares Schaltelement (8) mit einem Eingriffselement (9) axial verschiebbar auf der Nockenwelle gelagert ist, wobei das Eingriffselement (9) für eine erste Verschiebung des Nockenstücks (1) von einer ersten Position in eine zweite Position eine erste Nut (10a) besitzt, in die eine spiralförmig auf dem Nockenstück (1) verlaufende Schaltrippe (5) eingreift, wobei das Eingriffselement (9) für eine weitere Verschiebung des Nockenstücks (1) von der zweiten Position in eine dritte Position eine zweite Nut (10b) besitzt, in die entsprechend der ersten Verschiebung die zuvor mit dem Nockenstück (1) axial verschobene Schaltrippe (5) zur weiteren Verschiebung eingreift, und wobei die weitere Verschiebung in die gleiche Richtung wie die erste Verschiebung erfolgt.
Ventiltrieb nach Anspruch 1, dadurch gekennzeichnet, dass das Nockenstück (1) ein Ausspurelement (11) für das Schaltelement (8) bildet.