DE102014215495A1

DE102014215495A1 - Verstellvorrichtung für einen Ventiltrieb und Ventiltrieb

Info

Publication number: DE102014215495A1
Application number: DE102014215495.2A
Authority: DE
Inventors: Hicham Saleh
Original assignee: Volkswagen AG
Current assignee: Volkswagen AG
Priority date: 2014-08-06
Filing date: 2014-08-06
Publication date: 2016-02-11

Abstract

Die Erfindung betrifft eine Verstellvorrichtung (10), insbesondere eine Ventiltrieb-Verstellvorrichtung für eine Brennkraftmaschine, mit einer Betätigungsvorrichtung (20), die zum Verstellen eines auf einer Nockengrundwelle (110) zwischen zumindest zwei vorgegebenen Axialpositionen verschieblich angeordneten Nockenstücks (120) eingerichtet ist, und einer Arretiervorrichtung (40), die zum axialen Arretieren des Nockenstücks (120) in zumindest einer der Axialpositionen eingerichtet ist. Die Arretiervorrichtung (40) weist ein Arretierelement (42) auf, das von radial außen in Richtung auf das Nockenstück (120) vorsteht und zum Eingreifen in eine Eingriffsvertiefung des Nockenstücks eingerichtet ist. Ferner betrifft die Erfindung einen Ventiltrieb mit einer erfindungsgemäßen Verstellvorrichtung.

Description

Die Erfindung betrifft eine Verstellvorrichtung, insbesondere eine Ventiltriebverstellvorrichtung für eine Brennkraftmaschine, gemäß dem Oberbegriff des Patentanspruchs 1. Die Verstellvorrichtung weist auf: eine Betätigungsvorrichtung, die zum Verstellen eines auf einer Nockengrundwelle verschieblich angeordneten Nockenstücks zwischen zumindest zwei vorgegebenen Axialpositionen eingerichtet ist, und eine Arretiervorrichtung, die zum axialen Arretieren des Nockenstücks in zumindest einer der Axialpositionen eingerichtet ist.
Bekannt sind variable Ventiltriebe in Brennkraftmaschinen, die durch axiales Verschieben von Nockenstücken mit Nockenabschnitten unterschiedlicher Nockenkontur (bspw. Vollnocken, Halbnocken und/oder Nullnocken) sowohl die Abschaltung einzelner Zylinder als auch eine Ventilhubumschaltung realisieren können (sog. „Schiebenockensysteme“). Variable Ventiltriebe mit axial verschiebbaren Nockenstücken besitzen keine klassische einteilige Nockenwelle, sondern eine Zahnwelle als Nockengrundwelle, auf der mehrere Nockenstücke verschieblich angeordnet sind. Die Drehmomentübertragung von der Nockenwelle auf die Nockenstücke erfolgt über die Verzahnung der Zahnwelle. Das Verschieben der Nockenstücke in Axialrichtung erfolgt mithilfe einer Betätigungsvorrichtung mit einem Aktuator, der ein Eingreifen eines Schaltelements wie etwa eines Eingriffsstifts in eine Schaltkulisse des Nockenstücks bewirkt. Wenn sich das Nockenstück in einer vorgegebenen axialen Endposition befindet, wird der Stift wieder eingefahren bzw. in Richtung auf den Aktuator zurückgeworfen. Um eine Verstellung des Nockenstücks von einer ersten Axialposition in eine zweite Axialposition und umgekehrt bewirken zu können, können pro Nockenstück zwei Aktuatoren zum Auswerfen jeweils eines Eingriffsstifts in jeweils eine Kulissenbahn des Nockenstücks vorgesehen sein.
Ferner ist aus dem Stand der Technik bereits eine Arretiervorrichtung zum axialen Arretieren des Nockenstücks in jeder der beiden axialen Endpositionen bekannt. Durch diese Arretierung wird verhindert, dass sich das Nockenstück nach der Verstellung weiter als vorgesehen in Axialrichtung bzw. wieder zurück in die axiale Ausgangsposition bewegt. Bekannte Arretiervorrichtungen weisen ein Kugelfederpaket auf, das sich an der Nockengrundwelle bzw. Zahnwelle befindet. In der Anlagefläche des Nockenstücks an der Zahnwelle ist eine Rastnut gebildet, in die eine Kugel des Kugelfederpakets eingreift, wenn sich die Rastnut oberhalb des Kugelfederpakets befindet. Die Kugel drückt dann aufgrund einer Federkraft in die Kontur der Rastnut und bildet mit einem an der Zylinderkopfhaube vorgesehenen axialen Anschlag eine Fixierung des Nockenstücks in der vorgesehen Axialposition.
Bei einer ersten Art herkömmlicher Ventiltriebe (siehe 4a) bilden die Nockenstücke 200 Lagerstellen aus, an denen die Nockenwelle in der Zylinderkopfhaube 210 gelagert ist. Es hat sich herausgestellt, dass bei diesen Nockenstücken nicht immer eine zuverlässige Einrastung der Kugel des Kugelfederpakets in die Rastnut in den axialen Endpositionen erfolgt. Dies kann zu fehlerhaften bzw. unvollständigen Umschalt- bzw. Abschaltvorgängen des zugehörigen Zylinders führen.
Bei einer zweiten Art herkömmlicher Ventiltriebe (siehe 4b) sind die Nockenstücke 200 nicht zylinderkopfhaubenseitig gebunden; vielmehr ist die Nockengrundwelle 220 an gesonderten Lagerstellen in der Zylinderkopfhaube 210 gelagert. Es hat sich herausgestellt, dass bei diesen Nockenstücken bei Einleitung eines Verstellvorgangs nicht immer ein zuverlässiges Eingreifen der Stifte der Aktuatoren in die zugehörige Kulissenbahn erfolgt. Auch dies kann zu fehlerhaften bzw. unvollständigen Umschalt- bzw. Abschaltvorgängen des zugehörigen Zylinders führen.
In Anbetracht der beschriebenen Probleme ist es die Aufgabe der vorliegenden Erfindung, eine Ventiltrieb-Verstellvorrichtung bereitzustellen, die jederzeit eine zuverlässige Arretierung der Nockenstücke in den axialen Endpositionen ermöglicht.
Diese Aufgabe wird erfindungsgemäß durch eine Verstellvorrichtung der o.g. Art mit den in Anspruch 1 gekennzeichneten Merkmalen gelöst. Vorteilhafte Ausgestaltungen der Erfindung sind in den weiteren Ansprüchen beschrieben.
Die Arretiervorrichtung der erfindungsgemäßen Verstellvorrichtung weist ein radial außen an dem zu arretierenden Nockenstück anzuordnendes Arretierelement zum Zusammenwirken mit einem radial nach außen gewandten Arretierbereich des Nockenstücks auf. Mit anderen Worten ist das Arretierelement nicht wie ein herkömmliches Kugelfederpaket innerhalb des Nockenstücks in der Nocken-Grundwelle angeordnet und liegt an einer Innenfläche des Nockenstücks an, sondern es steht von radial außen in Richtung auf das Nockenstück vor und verhindert vorzugsweise durch Anlage an einem Axialanschlag des Nockenstücks eine unerwünschte Axialbewegung des Nockenstücks ausgehend von einer der vorgegebenen Axialpositionen. Anders als bei der herkömmlichen Arretiervorrichtung dreht das Arretierelement also nicht mit der Nockenwelle mit, sondern ist an die ortsfeste Zylinderkopfhaube angebunden, in der die sich drehende Nockengrundwelle mit den Nockenstücken gelagert ist.
Die Erfindung beruht insbesondere auf der Erkenntnis, dass die oben beschriebenen Probleme auf thermisch bedingte relative Positionsverschiebungen zwischen einzelnen Bauteilen zurückgehen, die aus Materialien mit unterschiedlichen thermischen Ausdehnungskoeffizienten bestehen. Insbesondere bestehen die Zylinderkopfhaube und die Nocken-Grundwelle, an der die Nockenstücke verschieblich gelagert sind, üblicherweise aus unterschiedlichen Materialien.
Bei der oben beschriebenen ersten Art herkömmlicher Ventiltriebe (siehe 4a) sind die Nockenstücke durch die Lagerung zylinderkopfhaubenseitig gebunden und das Kugelfederpaket ist nockenwellenseitig gebunden. Die Nockenwelle ist über ein Festlager und mehrere Loslager in der Zylinderkopfhaube gelagert. Somit sind die Nockenwelle und die Zylinderkopfhaube am Festlager fest miteinander verbunden, während im Bereich der Loslager relative Verschiebungen zwischen Nockenwelle und Zylinderkopfhaube auftreten können. Bei einer Temperaturänderung haben die Nockenwelle und die Zylinderkopfhaube eine umso größere relative Positionsverschiebung zueinander, je weiter die betrachtete Position vom Festlager entfernt ist. Befindet sich das Festlager in axialer Richtung vor dem ersten Zylinder, sind in aufsteigender Reihenfolge die Zylinder 1, 2, 3 und 4 immer stärker von der relativen Positionsverschiebung betroffen. Da die Nockenstücke zylinderkopfhaubenseitig gebunden sind, besteht die Gefahr, dass die vorgesehene Position der Kugel in der Rastnut bei einer großen Positionsverschiebung nicht mehr eingehalten wird. Um dieses Problem einer gegenseitigen Positionsverschiebung zwischen Arretierteil und Rastnut zu lösen, wird erfindungsgemäß die Arretierung nach außerhalb in die Zylinderkopfhaube verlagert, wobei sowohl die Arretierung als auch das zu arretierende Nockenstück zylinderkopfhaubenseitig gebunden sind. Dies gelingt erfindungsgemäß dadurch, dass die Arretiervorrichtung bzw. deren Arretierelement nicht an der sich drehenden Nockenwelle, sondern an dem ortsfesten Zylinderkopf (bzw. der Zylinderkopfhaube) befestigt bzw. angebunden ist. Ein Versatz zwischen dem (zylinderkopfseitig gebundenen) Nockenstück und dem Arretierelement tritt damit erfindungsgemäß nicht auf.
Bei der oben beschriebenen zweiten Art herkömmlicher Ventiltriebe (siehe 4b) sind sowohl die Nockenstücke als auch die Arretierelemente an die Nocken-Grundwelle angebunden, so dass hier das Problem einer relativen Positionsverschiebung zwischen dem Kugelfederpaket und der Rastnut nicht auftritt. Allerdings können bei dieser Variante Probleme aufgrund der Interaktion der Nockenstücke mit zylinderkopfseitigen Bauteilen entstehen. Das Betätigungselement und der Rollenschlepphebel sind zylinderkopfhaubenseitig gebunden, während das Nockenstück nockenwellenseitig gebunden ist. Bei Temperaturänderung entsteht ein Versatz sowohl zwischen dem Eingriffsstift und der Schaltkulisse als auch zwischen dem Nockenabschnitt und dem Rollenschlepphebel, was zu den beschriebenen Problemen führt. Deshalb ist erfindungsgemäß insbesondere vorgesehen, dass das Nockenstück nicht nockenwellenseitig, sondern zylinderkopfhaubenseitig gebunden ist. Insbesondere weist das Nockenstück vorzugsweise zumindest eine Lagerstelle zum Lagern an einer Lagerstelle in der Zylinderkopfhaube auf.
Vorzugsweise ist das Arretierelement als ein Eingriffsteil wie etwa ein Schieberarm zum Eingreifen in eine Eingriffsvertiefung wie etwa eine umlaufende Nut des Nockenstücks ausgebildet. Die Breite der umlaufenden Nut kann an die Axialabmessung des Eingriffsteils angepasst sein, so dass praktisch kein Axialversatz des Wellenstücks möglich ist, wenn das in axialer Richtung fixierte Eingriffsteil in die Nut eingreift, da die Nutwände auf beiden Seiten des Eingriffseils axiale Anschläge ausbilden.
Das Eingriffsteil ist zum dauerhaften Eingriff in die Eingriffsnut eingerichtet. Mit anderen Worten greift das Eingriffsteil sowohl während eines axialen Verstellvorgangs des Nockenstücks als auch im Anschluss an einen Verstellvorgang bzw. zwischen zwei Verstellvorgängen in die Eingriffsnut ein.
Eine Axialverstellung des Nockenstücks unter Eingriff des Arretierelements in die Eingriffsnut ist dann möglich, wenn das Arretierelement während eines Verstellvorgangs des Nockenstücks zumindest zeitweise zusammen mit dem Nockenstück in axialer Richtung beweglich ist. Mit anderen Worten ist das Arretierelement zumindest innerhalb eines Zeitfensters während der axialen Verschiebung des Nockenstücks ebenfalls axial verschieblich eingerichtet. Eine zuverlässige Arretierung des Nockenstücks in der vorgesehenen axialen Endposition kann dadurch sichergestellt werden, dass das Arretierelement zwischen zwei Verstellvorgängen in einer vorgegebenen Axialposition fixierbar ist. Die vorgegebene Axialposition des Arretierelements ist dabei vorzugsweise an die vorgegebene axiale Endposition des Nockenstücks angepasst bzw. entspricht dieser.
Im Hinblick auf sowohl eine zuverlässige Verstellbarkeit als auch eine zuverlässige Arretierbarkeit im Anschluss an die Verstellung hat es sich als vorteilhaft erwiesen, dass die Arretiervorrichtung ein Halteelement wie etwa eine Haltekugel oder ein Klemmelement zum zeitweisen Freigeben des Arretierelements in axialer Richtung während eines Verstellvorgangs und zum Festhalten des Arretierelements in einer vorgegebenen Axialposition zwischen zwei Verstellvorgängen des Nockenstücks aufweist.
Die Betätigungsvorrichtung kann ferner alternativ oder zusätzlich einen Aktuator mit mindestens einem, bevorzugt zwei in radialer Richtung beweglichen Schaltelementen aufweisen, von denen jeweils ein Schaltelement zum Durchführen eines axialen Verstellvorgangs des Nockenstücks ausgehend von einer Ruhestellung in Richtung auf eine Schaltkulisse des Nockenstücks in eine Schaltstellung beweglich, insbesondere auswerfbar ist.
Vorzugsweise sind die Schaltelemente jeweils als in radialer Richtung bewegliche Ankerteile ausgebildet, an deren vorderem Ende jeweils ein Eingriffsabschnitt wie etwa ein Stift oder Pin vorzugsweise über ein Magnetelement angebracht ist, wobei die Eingriffsabschnitte jeweils zum Eingriff in eine Kulissenbahn der Schaltkulisse des Nockenstücks eingerichtet sind. Das Magnetelement kann jeweils als ein Permanentmagnet wie etwa eine Permanentmagnetscheibe ausgebildet sein, der an dem vorderen Ende jedes Ankerteils zwischen Ankerteil und Eingriffsabschnitt angeordnet ist, so dass die vorzugsweise als Stifte ausgebildeten Eingriffsabschnitte durch Magnetkräfte an den Ankerteilen gehalten werden können. Die Ankerteile können zur Massereduzierung zumindest teilweise materialreduziert ausgebildet sein. Bspw. können sie Hohlräume und/oder Vertiefungen aufweisen.
Eine besonders wirksame Arretiervorrichtung zeichnet sich dadurch aus, dass die zwei Schaltelemente mit dem Halteelement derart zusammenwirken, dass das Halteelement in der Ruhestellung der Schaltelemente (beide Schaltelemente sind eingezogen und greifen nicht in die Schaltkulisse ein) einen axialen Verstellweg des Arretierelements versperrt und in der Schaltstellung eines Schaltelements (ein Schaltelement greift in eine Kulissenbahn der Schaltkulisse ein) den axialen Verstellweg des Arretierelements freigibt.
Zu diesem Zweck kann das Halteelement derart zwischen einerseits den zwei Schaltelementen und andererseits dem Arretierelement angeordnet sein, dass es nach der Bewegung eines der beiden Schaltelemente von der Ruhestellung in die Schaltstellung durch einen Anlagebereich des Arretierelements in Richtung auf das in der Schaltstellung befindliche Schaltelement drängbar ist und/oder dass es bei der Bewegung eines der beiden Schaltelemente von der Schaltstellung zurück in die Ruhestellung durch einen sich in radialer Richtung erweiternden Abschnitt des sich bewegenden Schaltelements in Richtung auf das Arretierelement drängbar ist.
Als aus geometrischen und mechanischen Gründen besonders effektiv hat sich ein im Wesentlichen kugelförmiges Halteelement herausgestellt, wobei jedes der beiden Schaltelemente eine Konkavnut wie etwa eine Kugelnut zur zumindest teilweisen Aufnahme des Halteelements in der Schaltstellung hat. Die Kugelnut kann jeweils in einem in einer Radialführung aufgenommenen Abschnitt der Ankerteile gebildet sein. Vorzugsweise weisen beide Ankerteile auf derselben radialen Höhe die Konkavnut auf.
Im Hinblick auf eine automatische Arretierung des Nockenstücks bei Erreichen der axialen Endposition des Nockenstücks und im Hinblick auf eine automatische Entriegelung während der axialen Verstellung des Nockenelements hat es sich als zweckmäßig herausgestellt, dass die Betätigungsvorrichtung und die Arretiervorrichtung als Einheit ausgebildet sind, die an der Zylinderkopfhaube angebracht ist, so dass die Betätigung der Betätigungsvorrichtung automatisch die Entriegelung und anschließende erneute Verriegelung durch die Arretiervorrichtung auslöst. Vorzugsweise stehen dabei das Arretierelement und das vordere Ende zumindest eines Schaltelements während des Verstellvorgangs nebeneinander in Richtung auf das Nockenstück vor. Bzw. greifen jeweils in eine Nut des Nockenstücks ein.
Um eine leichtgängige und exakte Verstellung von sowohl dem Arretierelement als auch den Schaltelementen zu erreichen, kann ein Führungsteil vorgesehen sein, das zum einen zwei radial verlaufende Führungsbahnen zur zumindest teilweisen Aufnahme der beiden Schaltelemente und eine axial verlaufenden Axialführung zur Aufnahme eines Anlagebereichs des Arretierelements aufweist. Alternativ oder zusätzlich kann das Führungsteil einen zwischen den Führungsbahnen und der Axialführung gebildeten Durchgang und/oder ein Fenster aufnehmen, in dem zumindest ein Teil des Halteelements angeordnet ist. Auf diese Weise kann die erforderliche Wechselwirkung bzw. gegenseitige Betätigung zwischen den den Verstellvorgang bewirkenden Schaltelementen und dem die Arretierung bewirkenden Arretierelement bereitgestellt werden.
Die Axialführung zur Führung des Arretierelement hat vorzugsweise zwei axiale Anschläge, an denen das Arretierelement in den beiden axialen Endpositionen anschlägt, die an die beiden axialen Endpositionen des Nockenstücks angepasst sind bzw. diesen entsprechen.
Gemäß einem weiteren Gesichtspunkt betrifft die Erfindung einen Ventiltrieb, insbesondere für eine Brennkraftmaschine, mit einer erfindungsgemäßen Verstellvorrichtung und einer Nockengrundwelle mit mindestens einem axial verschieblich daran angeordneten Nockenstück, das zwischen zumindest zwei vorgegebenen Axialpositionen relativ zu der Nockengrundwelle verschiebbar ist. Das Nockenstück weist einen Nockenabschnitt mit zumindest zwei unterschiedlichen Nockenkonturen zur Betätigung von Ventilen und eine Schaltkulisse mit mindestens einer Kulissenbahn auf, die mindestens einem Schaltelement der Betätigungsvorrichtung zugewandt ist. Ferner weist das Nockenstück eine Eingriffsvertiefung wie etwa eine umlaufende Nut auf, in die das Arretierelement der Arretiervorrichtung von radial außen eingreift. Die Eingriffsvertiefung ist vorzugsweise in Form einer umlaufenden Nut in einer der Arretiervorrichtung zugewandten Außenfläche des Nockenstücks eingebracht. Es können zwei Kulissenbahnen mit einem im Wesentlichen Y-förmigen Verzweigungspunkt vorgesehen sein, an den sich ein gemeinsamer Kulissenbahnabschnitt anschließt, wobei die umlaufende Eingriffsvertiefung mittig zwischen den beiden Kulissenbahnen bzw. mittig in dem gemeinsamen Kulissenbahnabschnitt verlaufen kann und vorzugsweise tiefer ist als die Kulissenbahnen. Vorzugsweise greift das Arretierelement weiter in Richtung auf das Nockenstück in die Eingriffsvertiefung vor als die Schaltelemente in der Schaltstellung in die Kulissenbahn eingreifen.
Erfindungsgemäß wichtig ist, dass die Arretiervorrichtung einschließlich des Arretierelements nicht an die Nocken-Grundwelle gebunden bzw. daran angeordnet ist, sondern radial außen an dem Nockenstück. Dazu kann die Arretiervorrichtung zusammen mit der Betätigungsvorrichtung eine bspw. am Zylinderkopf befestigte Einheit ausbilden, von der aus sowohl die Schaltelemente als auch das Arretierelement in Richtung auf das Nockenstück vorstehen.
Die vorliegende Erfindung verlagert die Arretierung des Nockenstücks in die am Zylinderkopf angebrachte Betätigungsvorrichtung und bindet das Nockenstück zylinderkopfhaubenseitig. Somit erfahren das Nockenstück mit Schaltkulisse, Nocken und Arretiernut, die Aktuatoren mit den Schaltelementen, das Arretierelement und die Rollenschlepphebel keinen gegenseitigen Versatz bei Temperaturänderung, was insbesondere bei Motoren mit großer Baulänge (bspw. V8 und V12) wichtig ist.
Weitere Vorteile ergeben sich durch die einfache Fertigung und Montage. Außerdem wird erfindungsgemäß das Nockenstück in seiner Endposition zwangsläufig durch das Arretierelement geführt und in seiner axialen Endlage festgehalten, so dass kein selbsttätiges Umschalten erfolgen kann. Ferner wird das Nockenstück auch bis in jede axiale Endlage geführt. Dies vermeidet das Problem, dass das Nockenstück bei hohem Reibungskoeffizienten die axiale Endposition nicht erreicht. Außerdem gibt es anders als bei einer Arretierung mittels Kugelfederpaket keine Arretierkräfte, die überwunden werden müssen. Dadurch wird die Belastung des Schaltelements beim Umschalten verringert. Außerdem ist die Fertigung und Montage der erfindungsgemäßen Verstellvorrichtung und des erfindungsgemäßen Ventiltriebs besonders einfach. Denn bei der Verwendung eines herkömmlichen Kugelfederpakets muss die Nockengrundwelle mit einer stufigen Bohrung versehen werden, und das Nockenstück muss mit einer Rastnut versehen werden.
Die Erfindung wird im Folgenden anhand der Zeichnung näher erläutert. Diese zeigt in
1 eine Explosionsdarstellung einer erfindungsgemäßen Verstellvorrichtung,
2 in vier schematischen Darstellungen verschiedene Stellungen der Arretier- und Betätigungsvorrichtung bei einem axialen Verstellvorgang des Nockenstücks,
3 einen Teil eines erfindungsgemäßen Ventiltriebs in einer schematischen Schnittansicht, und in
4 zwei Draufsichten auf herkömmliche Ventiltriebe.
In 1 ist in einer teilweise als Explosionsdarstellung gehaltenen perspektivischen Ansicht eine erfindungsgemäße Verstellvorrichtung 10 dargestellt, die einem auf einer Nocken-Grundwelle 110 anzuordnenden Nockenstück 120 gegenüberliegt. Das auf der als Zahnwelle ausgebildeten Nocken-Grundwelle 110 in axialer Richtung A verschieblich angeordnete Nockenstück 120 ist in 3 in einer schematischen Schnittansicht dargestellt. Insgesamt können auf der Nocken-Grundwelle 110 bspw. vier Nockenstücke 120 angeordnet sein, von denen vorzugsweise zwei (bspw. die mittleren beiden) Nockenstücke axialverschiebbar sind und die anderen zwei Nockenstücke in axialer Richtung A auf der Nockenwelle fixiert sind. In einem Teillastbereich des Motors können dann zwei Zylinder komplett abgeschaltet werden. Abgeschaltet werden die Ventile von je zwei Ein- und Auslassnockenstellern, die jeweils eine Betätigungsvorrichtung 20 zum axialen Verschieben eines oder mehrerer zugeordneter Nockenstücke 120 aufweisen.
Dazu weist jedes Nockenstück 120 zumindest einen Nockenabschnitt 128 mit zumindest zwei unterschiedlichen Nockenkonturen zur Betätigung von Ventilen, eine Schaltkulisse 124 mit zwei Kulissenbahnen 126 zum Eingriff jeweils eines Schaltelements 22, 24 der Betätigungsvorrichtung 20 zum axialen Verschieben des Nockenstücks 120 und eine zwischen den beiden Kulissenbahnen 126 bzw. in der Mitte eines gemeinsamen Kulissenbahnabschnitts verlaufende Eingriffsvertiefung 122 in Form einer umlaufenden Nut zum Eingreifen eines Arretierelements 43 auf.
Die als Einheit ausgebildete erfindungsgemäße Verstellvorrichtung 10 mit sowohl einer Betätigungsvorrichtung 20 als auch einer Arretiervorrichtung 40 ist am Zylinderkopf oder an einem anderen ortsfesten Motorbauteil angebunden und ist dem Nockenstück 120 zugewandt. Die Betätigungsvorrichtung 20 dient zum Verstellen der axialen Position des Nockenstücks 120 an der Nocken-Grundwelle 110, und sie weist zu diesem Zweck zwei in radialer Richtung R bewegliche Schaltelemente 22, 24 mit Stiften oder Pins zum Eingriff in zumindest eine der beiden Kulissenbahnen 126 auf. Jedes der beiden Schaltelemente 22, 24 weist ein Ankerbauteil 25 und einen an dem vorderen Ende des Ankerbauteils 25 gehaltenen Eingriffsabschnitt 26 auf, wobei während eines Verstellvorgangs lediglich das vordere Ende der als Stifte oder Pins ausgebildeten Eingriffsabschnitte 26 in die jeweilige Kulissenbahn 126 eingreift. Bei Eingriff des Pins in die sich drehende Schaltkulisse 124 erfolgt eine axiale Verschiebung des Nockenstücks 120, woraufhin der Pin bspw. durch eine Auswurframpe wieder aus der Kulissenbahn 126 ausgeworfen wird. Ein elektrischer Impuls zeigt den erfolgreichen Verstellvorgang an.
Ferner weist die Verstellvorrichtung 10 die zum Arretieren des Nockenstücks 120 in den beiden axialen Endpositionen vorgesehene Arretiervorrichtung 40 auf. Die Arretiervorrichtung 40 weist ein von radial außen in Richtung auf das Nockenstück 120 vorstehendes Arretierelement 42 auf, das als ein in die Eingriffsvertiefung 122 des Nockenstücks eingreifender Schieberarm 43 ausgebildet sein kann. Die Breite des Schiebersarms 43 entspricht im Wesentlichen der Breite der umlaufenden Eingriffsvertiefung 122, so dass das Nockenstück 120 axial arretiert ist, wenn der Schieberarm 43 ebenfalls axial arretiert ist. Andererseits ist eine Verstellung des Nockenstücks 120 freigegeben, wenn auch eine Bewegung des Schieberarms 43 in axialer Richtung A freigegeben ist.
Die Arretierung des Schieberarms 43 ist an die Betätigungsvorrichtung 20 derart gekoppelt, dass eine Axialbewegung des Schieberarms 43 automatisch genau dann freigegeben wird, wenn gerade ein Verstellvorgang durch die Betätigungsvorrichtung 20 erfolgt. Andererseits ist der Schieberarm 43 immer dann arretiert, wenn sich auch die beiden Schaltelemente 22, 24 in der Ruhestellung befinden und gerade kein Verstellvorgang erfolgt (also zwischen zwei Verstellvorgängen). Dies soll anhand der 2a bis 2d im Detail erläutert werden, die einen Schnitt durch die beiden Ankerteile 25 auf Höhe der Haltekugel 45 zeigen.
In 2a befinden sich beide Schaltelemente 22, 24 der Betätigungsvorrichtung 20 in der Ruhestellung I, in der die am vorderen Ende der Schaltelemente angebrachten Eingriffsabschnitte 26 nicht in eine Kulissenbahn 126 eingreifen. Das Nockenstück 120 befindet sich in einer der beiden axialen Endpositionen und ist dort durch das axial fixierte Arretierelement 43 arretiert. Ein einerseits zwischen den beiden Schaltelementen 22, 24 und andererseits einem Anlageabschnitt 47 des Arretierelements 42 angeordnetes Halteelement 44 in Form einer Haltekugel 45 wird von den Ankerteilen 25 der Schaltelemente 22, 24 nämlich in einen axialen Verstellweg 46 des Arretierelements 43 gedrückt und verhindert einen axialen Versatz des Arretierelements 43 entlang des Verstellwegs 46. Die Haltekugel 45 ist zu diesem Zweck zwischen den beiden in radialer Richtung R nebeneinander verlaufenden Führungsbahnen 84 der Ankerteile 25 und der den Verstellweg 46 bereitstellenden, in axialer Richtung A verlaufenden Axialführung des Arretierelements 43 aufgenommen (siehe 3).
In 2b ist die erfindungsgemäße Verstellvorrichtung 10 nach Einleitung eines Verstellvorgangs dargestellt. Dabei bewegt sich das rechts dargestellte Schaltelement 24 radial in Richtung auf die Kulissenbahn 126 des Nockenstücks, bis der Eingriffsabschnitt 26 in die zugehörige Kulissenbahn 126 eingreift. Das Ankerteil 25 weist eine Verjüngung wie etwa eine Nut, insbesondere eine Kugelnut 21 auf (siehe auch 3), die sich in dieser Stellung auf Höhe der Haltekugel 45 befindet, so dass die Haltekugel 45 von dem sich bewegenden Ankerteil 25 nicht mehr in Richtung auf den Verstellweg 46 gedrückt wird. Vielmehr hat die Haltekugel 45 Raum zum Zurückweichen in Richtung auf das sich bewegende Ankerteil 25 (siehe auch 3).
Das sich bei dem Verstellvorgang in axialer Richtung A bewegende Nockenstück 120 führt auch das in die Eingriffsvertiefung 122 eingreifende Arretierelement 42 in axialer Richtung mit sich, wobei der Anlageabschnitt 47 des Eingriffselements 42 die Haltekugel 45 in Richtung auf das rechte Ankerteil 25 in den nun freigegebenen Raum drückt, bis der Verstellweg 46 vollständig freigegeben ist. Das Nockenstück 120 bewegt sich nun zusammen mit dem freigegebenen Arretierelement 42 in die andere axiale Endposition (siehe 2c).
Nach dem Erreichen der anderen axialen Endposition wird das Eingriffselement 26 aus der Kulissenbahn 126 ausgeworfen, wobei sich dabei das rechts dargestellte Ankerteil 25 radial nach außen bewegt. Der sich erweiternde Abschnitt 23 der Kugelnut 21 drückt die Kugel 45 wieder in Richtung zurück auf den Verstellweg 46, bis dieser versperrt ist. Eine Bewegung des Arretierelements 42 ist nun nicht mehr möglich. Das Nockenstück 120 arretiert.
Eine Rückstellung des Nockenstücks 120 zurück in die Ausgangslage erfolgt analog (durch Auswerfen des anderen Ankerteils 22), wobei zu diesem Zweck auch das andere (in 2 linke) Ankerteil 22 eine Kugelnut aufweist.
Die Betätigungsvorrichtung 20 und die Arretiervorrichtung 40 weisen ein gemeinsames Führungsteil 80 mit zwei in radialer Richtung R verlaufenden Führungsbahnen 84 zur Aufnahme der Schaltelemente 22, 24 und einer Axialführung zur Aufnahme zumindest eines Anlagebereichs 47 des Arretierelements 43 auf. Die Axialführung ist zwischen einem Hauptabschnitt des Führungsteils 80 und einer einem Deckteil 90 gebildet. Das Halteelement 44 in Form der Haltekugel 45 ist zwischen den beiden Führungsbahnen 84 und der Axialführung gehalten.
Auf diese Weise wird die Arretierung unmittelbar im Anschluss an jede Verschiebung automatisch gewährleistet. Sobald nämlich die beiden Ankerteilgruppen eingefahren sind, sitzt der Schieberarm 43 fest zwischen der Haltekugel 45 und dem Deckteil 90; dabei sitzt die Haltekugel 45 auch fest zwischen den Ankerteilen 22, 24 und dem Schieberarm 43.
Die Betätigungsvorrichtung und/oder die Arretiervorrichtung können auch anders ausgebildet sein als oben beschrieben, solange die Arretiervorrichtung bzw. das Arretierelement zylinderkopfseitig gebunden ist, so dass keine temperaturbedingte Positionsverschiebung zwischen dem Nockenstück und dem Arretierelement auftreten kann.
Bezugszeichenliste

10: Verstellvorrichtung
20: Betätigungsvorrichtung
22, 24: Schaltelemente
21: Kugelnut
23: sich erweiternder Abschnitt
25: Ankerteile
26: Eingriffsabschnitte
27: Magnetelemente
40: Arretiervorrichtung
42: Arretierelement
43: Schieberarm
44: Halteelement
45: Haltekugel
46: Verstellweg des Arretierelements
47: Anlagebereich des Arretierelements
80: Führungsteil
82: Durchgang/Fenster
84: Führungsbahnen
90: Deckteil
110: Nocken-Grundwelle
120: Nockenstück
122: Eingriffsvertiefung
124: Schaltkulisse
126: Kulissenbahn
128: Nockenabschnitt
200: Nockenstücke
210: Zylinderkopfhaube
220: Nockengrundwelle
A: axiale Richtung
R: radiale Richtung
I: Ruhestellung
II: Schaltstellung

Claims

Verstellvorrichtung (10), insbesondere Ventiltrieb-Verstellvorrichtung für eine Brennkraftmaschine, mit einer Betätigungsvorrichtung (20), die zum Verstellen eines auf einer Nockengrundwelle (110) verschieblich angeordneten Nockenstücks (120) zwischen zumindest zwei vorgegebenen Axialpositionen eingerichtet ist, und einer Arretiervorrichtung (40), die zum axialen Arretieren des Nockenstücks (120) in zumindest einer der Axialpositionen eingerichtet ist, dadurch gekennzeichnet, dass die Arretiervorrichtung (40) ein radial außen an dem zu arretierenden Nockenstück (120) anzuordnendes Arretierelement (42) aufweist.
Verstellvorrichtung nach Anspruch 1, dadurch gekennzeichnet, dass das Arretierelement (42) ein Eingriffsteil wie etwa einen Schieberarm (43) zum Eingreifen in eine Eingriffsvertiefung (122) wie etwa eine umlaufende Nut des Nockenstücks (120) aufweist.
Verstellvorrichtung nach Anspruch 1 oder 2, dadurch gekennzeichnet, dass das Arretierelement (42) während eines Verstellvorgangs des Nockenstücks (120) zusammen mit dem Nockenstück (120) in axialer Richtung (A) zeitweise beweglich ist und zwischen zwei Verstellvorgängen des Nockenstücks (120) in einer vorgegebenen Axialposition fixierbar ist.
Verstellvorrichtung nach Anspruch 3, dadurch gekennzeichnet, dass die Arretiervorrichtung (40) ein Halteelement (44) wie etwa eine Haltekugel (45) zum Halten des Arretierelements (42) in einer vorgegebenen Axialposition zwischen zwei Verstellvorgängen des Nockenstücks und zum zeitweisen Freigeben des Arretierelements (42) in axialer Richtung (A) bei einem Verstellvorgang aufweist.
Verstellvorrichtung nach mindestens einem der vorhergehenden Ansprüche, dadurch gekennzeichnet, dass die Betätigungsvorrichtung (20) mindestens ein, bevorzugt zwei Schaltelemente (22, 24) aufweist, von denen jeweils ein Schaltelement (22, 24) zum Durchführen eines axialen Verstellvorgangs des Nockenstücks (120) ausgehend von einer Ruhestellung (I) in radialer Richtung in eine Schaltstellung (II) beweglich ist, in der ein vorderes Ende eines der Schaltelemente (22, 24) in eine Kulissenbahn (126) einer Schaltkulisse (124) des Nockenstücks (120) eingreift.
Verstellanordnung nach Anspruch 5, dadurch gekennzeichnet, dass die Schaltelemente (22, 24) jeweils als in radialer Richtung bewegliche Ankerteile (25) ausgebildet sind, an deren vorderem Ende jeweils ein Eingriffsabschnitt (26) wie etwa ein Stift oder Pin vorzugsweise über ein Magnetelement (27) angebracht ist, wobei die Eingriffsabschnitte (26) jeweils zum Eingriff in eine Kulissenbahn (126) der Schaltkulisse (124) eingerichtet sind.
Verstellvorrichtung nach den Ansprüchen 4 und 5 oder 6, dadurch gekennzeichnet, dass die zwei Schaltelemente (22, 24) mit dem Halteelement (44) derart zusammenwirken, dass das Halteelement (44) in der Ruhestellung (I) beider Schaltelemente einen axialen Verstellweg (46) des Arretierelements (43) versperrt und in der Schaltstellung (II) eines Schaltelements (22, 24) den axialen Verstellweg (46) des Arretierelements (43) freigibt.
Verstellvorrichtung nach einem der Ansprüche 5 bis 7, dadurch gekennzeichnet, dass das Halteelement (44) derart zwischen einerseits den zwei Schaltelementen (22, 24) und andererseits dem Arretierelement (43) angeordnet ist, dass es nach einer Bewegung eines der beiden Schaltelemente (22, 24) von der Ruhestellung (I) in die Schaltstellung (II) durch einen Anlagebereich (47) des Arretierelements (43) in Richtung auf das in der Schaltstellung (II) befindliche Schaltelement (22, 24) drängbar ist und/oder dass es bei der Bewegung eines der beiden Schaltelemente (22, 24) von der Schaltstellung (II) zurück in die Ruhestellung (I) durch einen sich in radialer Richtung erweiternden Abschnitt (23) des sich bewegenden Schaltelements in Richtung auf das Arretierelement (43) drängbar ist.
Verstellvorrichtung nach einem der Ansprüche 5 bis 8, dadurch gekennzeichnet, dass das Halteelement (44) im Wesentlichen kugelförmig ist und jedes der beiden Schaltelemente (22, 24) eine Konkavnut, insbesondere eine Kugelnut zur teilweisen Aufnahme des Halteelements (44) in der Schaltstellung (II) hat.
Verstellvorrichtung nach einem der Ansprüche 5 bis 9, dadurch gekennzeichnet, dass die Betätigungsvorrichtung (20) und die Arretiervorrichtung (40) als Einheit ausgebildet sind, so dass das Arretierelement (43) und das vordere Ende zumindest eines Schaltelements (22, 24) während des Verstellvorgangs nebeneinander in Richtung auf das Nockenstück (120) vorstehen.
Verstellvorrichtung nach einem der Ansprüche 5 bis 10, gekennzeichnet durch ein Führungsteil (80) mit zwei radial verlaufenden Führungsbahnen (84) zur zumindest teilweisen Aufnahme der beiden Schaltelemente (22, 24), einer axial verlaufenden Axialführung zur Aufnahme eines Anlagebereichs (47) des Arretierelements (43) und einem zwischen den Führungsbahnen und der Axialführung gebildeten Durchgang (82) bzw. Fenster zur zumindest teilweisen Aufnahme des Halteelements (44).
Ventiltrieb, insbesondere für eine Brennkraftmaschine, mit einer Verstellvorrichtung (10) nach einem der vorhergehenden Ansprüche und einer Nockengrundwelle (110) mit mindestens einem axial verschieblich daran angeordneten Nockenstück (120), wobei das Nockenstück einen Nockenabschnitt, eine Schaltkulisse (124) mit mindestens einer einem Schaltelement (22, 24) der Betätigungsvorrichtung (20) zugewandten Kulissenbahn (126) und eine umlaufende Eingriffsvertiefung (122) aufweist, in die das Arretierelement (43) der Arretiervorrichtung (40) eingreift.