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Die Erfindung betrifft eine Ventiltriebvorrichtung, insbesondere für eine Brennkraftmaschine, und ein Verfahren zum Betrieb einer Ventiltriebvorrichtung.
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Aus der
DE 196 11 641 C1 ist bereits eine Ventiltriebvorrichtung für eine Brennkraftmaschine bekannt, mit einem axial verschiebbaren Nockenelement, das einen Nocken mit zwei benachbart angeordneten Nockenspuren aufweist, und mit zumindest einer Schaltkulisse zur axialen Verschiebung des Nockenelements. Die Schaltkulisse weist eine Kulissenbahn auf, die dazu vorgesehen ist, das Nockenelement zwischen zwei benachbart angeordneten Nockenspuren zu verschieben.
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Der Erfindung liegt insbesondere die Aufgabe zugrunde, eine Ventiltriebvorrichtung mit einem geringen axialen Bauraumbedarf für eine Schaltkulisse bereitzustellen. Sie wird durch eine erfindungsgemäße Ausgestaltung entsprechend dem Anspruch 1 und ein erfindungsgemäßes Verfahren entsprechend dem Anspruch 5 gelöst. Weiterbildungen der Erfindung ergeben sich aus den abhängigen Ansprüchen.
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Die Erfindung geht aus von einer Ventiltriebvorrichtung, insbesondere für eine Brennkraftmaschine, mit zumindest einem axial verschiebbaren Nockenelement, das zumindest einen Nocken mit zumindest zwei benachbart angeordneten Nockenspuren aufweist, und mit zumindest einer Schaltkulisse zur axialen Verschiebung des zumindest einen Nockenelements.
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Es wird vorgeschlagen, dass die Schaltkulisse zumindest eine Kulissenbahn aufweist, die dazu vorgesehen ist, das Nockenelement lediglich um ein Teilstück eines axialen Verschiebewegs zwischen den benachbart angeordneten Nockenspuren zu verschieben. Dadurch kann eine Kulissenbahn mit einem geringen axialen Bauraumbedarf erreicht werden. Es kann somit eine Schaltkulisse mit einem geringen axialen Bauraumbedarf bereitgestellt werden. Ein axialer Bauraum für zusätzliche Nockenspuren für eine Betätigung von Ventilen durch die Ventiltriebvorrichtung kann damit zur Verfügung gestellt werden.
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Ferner wird vorgeschlagen, dass die Schaltkulisse zumindest eine weitere Kulissenbahn aufweist, die in Axialrichtung mit der zumindest einen Kulissenbahn sich teilweise überschneidend angeordnet ist. Dadurch kann eine Schaltkulisse mit einem geringen axialen Bauraumbedarf erreicht werden. Dadurch kann ein axialer Bauraum für zusätzliche Nockenspuren für eine Betätigung von Ventilen durch die Ventiltriebvorrichtung zur Verfügung gestellt werden.
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Des Weiteren wird vorgeschlagen, dass die Ventiltriebvorrichtung eine Schalteinheit mit einem ersten Schaltpin, der zu einem Eingriff in die zumindest eine Kulissenbahn vorgesehen ist, und mit einem weiteren Schaltpin, der zu einem Eingriff in die zumindest eine weitere Kulissenbahn vorgesehen ist, umfasst. Dadurch kann eine Ventiltriebvorrichtung mit einer einfachen Konstruktion für einen sequentiellen Eingriff in die zwei Kulissenbahnen bereitgestellt werden.
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Weiterhin betrifft die Erfindung eine Brennkraftmaschine mit einer erfindungsgemäßen Ventiltriebvorrichtung.
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Ferner betrifft die Erfindung ein Verfahren zum Betrieb der Brennkraftmaschine mit der erfindungsgemäßen Ventiltriebvorrichtung, bei dem in einem ersten Verfahrensschritt das Nockenelement mittels der Kulissenbahn um ein Teilstück eines axialen Verschiebewegs zwischen den benachbart angeordneten Nockenspuren verschoben wird und in zumindest einem weiteren Verfahrensschritt das Nockenelement um ein weiteres Teilstück des axialen Verschiebewegs zwischen den benachbart angeordneten Nockenspuren verschoben wird.
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Weitere Vorteile ergeben sich aus der folgenden Figurenbeschreibung. In der Figur ist ein Ausführungsbeispiel der Erfindung dargestellt. Die Figur, die Figurenbeschreibung und die Ansprüche enthalten zahlreiche Merkmale in Kombination. Der Fachmann wird die Merkmale zweckmäßigerweise auch einzeln betrachten und zu sinnvollen weiteren Kombinationen zusammenfassen.
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Die einzige Figur zeigt eine Ventiltriebvorrichtung 10 für eine Brennkraftmaschine, mit einem axial verschiebbaren Nockenelement 14, das zwei Nocken 15, 19 mit jeweils drei Nockenspuren 16, 17, 18, 20, 21, 22 aufweist. Die Nockenspuren 16 und 17 und die Nockenspuren 17 und 18 des ersten Nockens 15 sind paarweise benachbart zueinander angeordnet. Ebenso sind die Nockenspuren 20 und 21 und die Nockenspuren 21 und 22 des zweiten Nockens 19 paarweise benachbart zueinander angeordnet. Die Ventiltriebvorrichtung 10 ist für eine Betätigung von nicht näher dargestellten Gaswechselventilen der nicht näher dargestellten Brennkraftmaschine mittels der Nockenspuren 16, 17, 18, 20, 21, 22 vorgesehen. Die Ventiltriebvorrichtung 10 umfasst zudem eine Schaltkulisse 23 zur axialen Verschiebung des Nockenelements 14. Die Schaltkulisse 23 ist dazu vorgesehen, über die axiale Verschiebung des Nockenelements 14 unterschiedliche Nockenspuren 16, 17, 18, 20, 21, 22 mit einem nicht näher dargestellten Nockenfolger zur Betätigung der Gaswechselventile in Kontakt zu bringen.
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Die Ventiltriebvorrichtung 10 umfasst eine Nockenwelle 11 mit einer Triebwelle 12 und einem Nockenelement 14. Das Nockenelement 14 ist auf der Triebwelle 12 drehfest, aber in beide Axialrichtungen verschiebbar gelagert. Die Triebwelle 12 weist an ihrem Außenumfang eine Geradverzahnung auf. Das Nockenelement 14 weist an seinem Innenumfang eine korrespondierende Geradverzahnung auf, die in die Geradverzahnung der Triebwelle 12 eingreift. Das Nockenelement 14 ist über die korrespondierende Geradverzahnung und die Geradverzahnung der Triebwelle 12 drehfest, aber in beide Axialrichtungen verschiebbar gelagert. Die Nockenwelle 11 rotiert um eine Drehachse 13 und versetzt dadurch das Nockenelement 14 in eine Drehbewegung. Die Triebwelle 12 umfasst eine Kurbelwellenanbindung zur Anbindung an eine nicht näher dargestellte Kurbelwelle. Alternativ ist es vorstellbar, dass die Nockenwelle 11 aus mehreren Nockenelementen 14 zusammengesetzt ist, die an ihren Rändern ineinandergreifen.
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Die Schaltkulisse 23 weist eine Kulissenbahn 24 auf, die dazu vorgesehen ist, das Nockenelement 14 lediglich um ein Teilstück eines axialen Verschiebewegs zwischen den benachbart angeordneten Nockenspuren 16, 17, 18, 20, 21, 22 zu verschieben. Nach Verschiebung des Nockenelements 14 um das Teilstück des axialen Verschiebewegs ist das Nockenelement 14 in einer Axialposition angeordnet, in der der Nockenfolger in einem Kontaktbereich zweier benachbarter Nockenspuren 16, 17, 18, 20, 21, 22 steht. Die Schaltkulisse 23 ist in das Nockenelement 14 eingebracht. Die Kulissenbahn 24 verläuft in zumindest einem Teilbereich mit einer Komponente in Axialrichtung. Eine axiale Verschiebung um das Teilstück des axialen Verschiebewegs wird durch eine Wechselwirkung der Kulissenbahn 24, die sich aufgrund einer Drehung der Nockenwelle 11 ebenfalls dreht, mit einem relativ zu der Nockenwelle 11 feststehenden Eingriffselement bewirkt. Die Schaltkulisse 23 steuert einen zeitlichen Ablauf einer axialen Verschiebung des Nockenelements 14 winkelsynchron zu einer Drehung der Nockenwelle 11.
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Die Schaltkulisse 23 weist eine weitere Kulissenbahn 25 auf, die in Axialrichtung mit der Kulissenbahn 24 sich teilweise überschneidend angeordnet ist. Die weitere Kulissenbahn 25 und die Kulissenbahn 24 sind in Umfangsrichtung versetzt zueinander angeordnet. Die Kulissenbahn 24 und die weitere Kulissenbahn 25 sind in Axialrichtung sich vollständig überschneidend angeordnet, sodass eine Erstreckung der Schaltkulisse 23 in Axialrichtung einer axialen Erstreckung einer der Kulissenbahnen 24, 25 entspricht. Die weitere Kulissenbahn 25 ist dazu vorgesehen, das Nockenelement 14 um ein weiteres Teilstück eines axialen Verschiebewegs zwischen den benachbart angeordneten Nockenspuren 16, 17, 18, 20, 21, 22 zu verschieben. Die weitere Kulissenbahn 25 und die Kulissenbahn 24 sind dazu vorgesehen, das Nockenelement 14 jeweils um eine Hälfte des axialen Verschiebewegs zwischen den benachbart angeordneten Nockenspuren 16, 17, 18, 20, 21, 22 zu verschieben. Beide Kulissenbahnen 24, 25 sind in einem axialen Verlauf identisch ausgeführt und bewirken damit identische Verschiebevorgänge. In einer alternativen Ausgestaltung der Ventiltriebvorrichtung 10 können die Kulissenbahn 24 und die weitere Kulissenbahn 25 dazu vorgesehen sein, das Nockenelement 14 um ungleiche Teilstücke des axialen Verschiebewegs zwischen den benachbart angeordneten Nockenspuren 16, 17, 18, 20, 21, 22 zu verschieben.
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Die Ventiltriebvorrichtung 10 umfasst eine Schalteinheit 26 mit einem ersten Schaltpin 29, der zu einem Eingriff in die Kulissenbahn 24 vorgesehen ist, und mit einem weiteren Schaltpin 28, der zu einem Eingriff in die weitere Kulissenbahn 25 vorgesehen ist. Die Schalteinheit 26 weist ein Statorgehäuse 27 auf, das an einem schematisch dargestellten Gehäuse 30 befestigt ist und an dem die Schaltpins 28, 29 angeordnet sind. Die Schaltpins 28, 29 sind in einem Abstand zueinander angeordnet, der einer Hälfte des axialen Verschiebewegs entspricht. Ein nicht näher dargestellter Aktor der Schalteinheit 26 ist dazu vorgesehen, die Schaltpins 28, 29 in Eingriff mit den Kulissenbahnen 24, 25 zu bringen. Eine nicht näher dargestellte Steuereinheit der Schalteinheit 26 steuert den Aktor. Die Schaltpins 29, 28 bilden die relativ zu der Nockenwelle 11 feststehenden Eingriffselemente, die durch Wechselwirkung mit den Kulissenbahnen 24, 25 das Nockenelement 14 verschieben. In einer alternativen Ausgestaltung der Ventiltriebvorrichtung 10 können die Schaltpins 29, 28 zu einem sequentiellen Eingriff in eine einzige Kulissenbahn 24 vorgesehen sein, um das Nockenelement 14 sequentiell um jeweils ein Teilstück des axialen Verschiebewegs zu verschieben.
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In einem Verfahren zum Betrieb der Brennkraftmaschine mit der Ventiltriebvorrichtung 10 wird in einem ersten Verfahrensschritt das Nockenelement 14 mittels der Kulissenbahn 24 um ein Teilstück eines axialen Verschiebewegs zwischen den benachbart angeordneten Nockenspuren 16, 17, 18, 20, 21, 22 verschoben, und in zumindest einem weiteren Verfahrensschritt wird das Nockenelement 14 um ein weiteres Teilstück des axialen Verschiebewegs zwischen den benachbart angeordneten Nockenspuren 16, 17, 18, 20, 21, 22 verschoben.
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In dem Verfahren zum Betrieb der Brennkraftmaschine mit der dargestellten Ventiltriebvorrichtung 10 wird in einem Verschiebevorgang zur axialen Verschiebung des Nockenelements 14 in dem ersten Verfahrensschritt der erste Schaltpin 29 von dem Aktor auf das Nockenelement 14 gedrückt und spurt über eine nicht näher dargestellte Eintauchkontur in die Kulissenbahn 24 ein. Über die Wechselwirkung des Teilbereichs der Kulissenbahn 24 mit der Komponente in Axialrichtung und dem relativ zu der Nockenwelle 11 feststehenden Schaltpin 29 wird die Drehung der Nockenwelle 11 in die axiale Verschiebung um das Teilstück des Verschiebewegs zwischen den benachbart angeordneten Nockenspuren 16, 17, 18, 20, 21, 22 verschoben, das durch die Kulissenbahn 24 kodiert wird. Der erste Schaltpin 29 durchläuft die Kulissenbahn 24. An einem Ende der Kulissenbahn 24 ist eine nicht näher dargestellte Auswurframpe angeordnet, die den ersten Schaltpin 29 aus der Kulissenbahn 24 auswirft und in das Statorgehäuse 27 zurückschiebt. In einer nicht näher dargestellten Spule des ersten Schaltpins 29 wird dadurch ein Impuls induziert, welcher detektiert und an die Steuereinheit weitergeleitet wird. Das Nockenelement 14 ist durch die Wechselwirkung des ersten Schaltpins 29 und der Kulissenbahn 24 um die Hälfte des Verschiebewegs zwischen den benachbart angeordneten Nockenspuren 16, 17, 18, 20, 21, 22 verschoben worden und befindet sich in einer Axialposition, in der der weitere Schaltpin 28 in die weitere Kulissenbahn 25 einspuren kann. Der erste Verfahrensschritt ist somit abgeschlossen.
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Die Steuereinheit steuert nach Empfang des Impulses den Aktor der Schalteinheit 26 zu einer Einspurung des weiteren Schaltpins 28 in die weitere Kulissenbahn 25 an, während der erste Schaltpin 29 in das Statorgehäuse 27 zurückgeschoben wird. Der weitere Verfahrensschritt wird dadurch gestartet. Der zweite Schaltpin 28 und die weitere Kulissenbahn 25 setzen die Drehung der Nockenwelle 11 in die axiale Verschiebung um das weitere Teilstück des Verschiebewegs zwischen den benachbart angeordneten Nockenspuren 16, 17, 18, 20, 21, 22 um und verschieben das Nockenelement 14 vollständig, sodass der Nockenfolger die benachbarte Nockenspur 16, 17, 20, 21 kontaktiert. Der weitere Schaltpin 28 wird nach Durchlauf der weiteren Kulissenbahn 25 von einer nicht näher dargestellten Auswurframpe der weiteren Kulissenbahn 25 ausgeworfen und in das Statorgehäuse 27 zurückgeschoben, wodurch der Verschiebevorgang abgeschlossen wird.
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In alternativen Ausführungen der Ventiltriebvorrichtung 10 können mehrere weitere Verfahrensschritte erforderlich sein, wenn die Kulissenbahn 24 und/oder die weitere Kulissenbahn 25 dazu vorgesehen ist, das Nockenelement 14 um weniger als eine Hälfte des axialen Verschiebewegs zwischen den benachbart angeordneten Nockenspuren 16, 17, 18, 20, 21, 22 zu verschieben. Auch ist es beispielsweise vorstellbar, dass die Ventiltriebvorrichtung 10 nur über eine einzige Kulissenbahn 24 verfügt, die dazu vorgesehen ist, das Nockenelement 14 um die Hälfte des axialen Verschiebewegs zwischen den benachbart angeordneten Nockenspuren 16, 17, 18, 20, 21, 22 zu verschieben, und dass in dem weiteren Verfahrensschritt der weitere Schaltpin 28 dazu vorgesehen ist, in die Kulissenbahn 24 zur Verschiebung des Nockenelements 14 um die weitere Hälfte des axialen Verschiebewegs zwischen den benachbart angeordneten Nockenspuren 16, 17, 18, 20, 21, 22 einzugreifen. Auch ist vorstellbar, dass die Schalteinheit 26 in alternativen Ausführungen einen einzelnen Schaltpin 29 aufweist, der in die Kulissenbahn 24 und die weitere Kulissenbahn 25 zur axialen Verschiebung des Nockenelements 14 eingreift oder der in dem zweiten Verfahrensschritt verschoben wird, um erneut in die Kulissenbahn 24 einzugreifen.
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Bezugszeichenliste
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- 10
- Ventiltriebvorrichtung
- 11
- Nockenwelle
- 12
- Triebwelle
- 13
- Drehachse
- 14
- Nockenelement
- 15
- Nocken
- 16
- Nockenspur
- 17
- Nockenspur
- 18
- Nockenspur
- 19
- Nocken
- 20
- Nockenspur
- 21
- Nockenspur
- 22
- Nockenspur
- 23
- Schaltkulisse
- 24
- Kulissenbahn
- 25
- Kulissenbahn
- 26
- Schalteinheit
- 27
- Statorgehäuse
- 28
- Schaltpin
- 29
- Schaltpin
- 30
- Gehäuse
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ZITATE ENTHALTEN IN DER BESCHREIBUNG
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Zitierte Patentliteratur
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