DE102016012048A1

DE102016012048A1 - Schiebenockenventiltrieb zur hubvariablen Betätigung der Gaswechselventile einer Verbrennungskraftmaschine

Info

Publication number: DE102016012048A1
Application number: DE102016012048.7A
Authority: DE
Inventors: Alfred Trzmiel
Original assignee: Promescon GmbH
Current assignee: Promescon GmbH
Priority date: 2016-10-07
Filing date: 2016-10-07
Publication date: 2018-04-12

Abstract

Der erfindungsgemäße Schiebenockenventiltrieb zur hubvariablen Betätigung der Gaswechselventile einer Verbrennungskraftmaschine, der aus einer Nockenwelle und einer Schiebenockenhülse besteht, die drehfest und axialverschieblich auf der Nockenwelle geführt ist und mehrere Nocken mit unterschiedlichen Nockenkonturen sowie eine oder mehrere konzentrische Nuten aufweist, ist gekennzeichnet durch einen hydraulischer Aktuator mit Schaltpins (7, 8), die bei Betätigung in konzentrische Ringnuten (5, 6) eingreifen. so dass eine Schiebenockenhülse (2) axial in unterschiedliche Positionen verschiebbar ist, wobei der hydraulische Aktuator mit den Schaltpins (7, 8), mindestens ein servohydraulisches Ventil sowie Versorgungskanäle (12, 13, 14, 15) zur Ölversorgung in einem Nockenwellenlagerdeckel (9) integriert sind, und wobei das Drucköl zur Betätigung des hydraulischen Aktuators direkt der Nockenwellenlagerung entnehmbar ist.

Description

Die Erfindung betrifft einen Schiebenockenventiltrieb zur hubvariablen Betätigung der Gaswechselventile einer Verbrennungskraftmaschine, der aus einer Nockenwelle und einer Schiebenockenhülse besteht, die drehfest und axialverschieblich auf der Nockenwelle geführt ist und mehrere Nocken mit unterschiedlichen Nockenhülsen bzw. Nockenkonturen und Verschiebenuten am Umfang aufweist, sowie einen Aktuator mit Schaltpins, zur Verstellung der Schiebenockenhülse in unterschiedliche axiale Positionen.
Es ist bekannt, dass Schiebnockensysteme zum Schalten zwischen zwei Nockenkonturen genutzt werden, um den Ventilhub der Ladungswechselventile einer Verbrennungskraftmaschine von bestimmten Zylindern auf Null zu setzen, um die Zylinder abzuschalten und dadurch den Kraftstoffverbrauch zu reduzieren oder es wird von einem großen Ventilhub auf einen kleinen Ventilhub mit kurzer Steuerzeit umgeschaltet, um in der Teillast den Kraftstoffverbrauch zu reduzieren. Die Umschaltung wird in vielen Fällen durch einen elektrisch betätigten Aktuator eingeleitet, der einen Schaltpin in eine axiale Kurvenbahn einbringt, der mittels einer axialen Kurvenbahn eine axiale Verschiebung einer Schiebenockeneinheit, die über eine Verzahnung mit der Nockenwelle in Drehrichtung formschlüssig verbunden ist, einleitet. Am Ende der axialen Kurvenbahn, wenn die axiale Verschiebung erfolgt ist, wird der Schaltpin durch die Kurvenbahn in seine Ausgangslage radial zurück verschoben. So ist aus der DE 196 11 641 C1 ein Ventiltrieb für eine Brennkraftmaschine zur Betätigung eines Gaswechselventils mit mehreren unterschiedlichen Hubkurven bekannt, indem auf der Nockenwelle ein Nocken mit mehreren Nockenbahnen drehfest sowie axial verschieblich gelagert ist und der Nocken eine Hubkontur aufweist, in die ein Betätigungselement in Form eines Stiftes zur Erzeugung einer axialen Verschiebung des Nockens eingreift, so dass dadurch ein Umschalten von einer zu einer anderen Nockenbahn erfolgt. Aus der DE 10 2010 052 173 A1 und der DE 10 2013 214 771 B4 ist weiterhin ein Schiebenockensystem mit Schiebenocken bekannt, bei der Schiebenocken auf einer Nockenwelle einer Hubkolbenbrennkraftmaschine drehfest, aber axial verschiebbar angeordnet sind, mit einem Aktuator in Form einer elektromagnetisch betätigbaren, an einem ortsfesten Gehäuse gelagerten Vorrichtung zur Verstellung der Schiebenocken in unterschiedliche axiale Positionen mittels eines in zumindest eine Verschiebenut an deren Umfang eingreifenden Stifts und einer Vorrichtung zur Arretierung der Schiebenocken in den unterschiedlichen axialen Positionen. In der DE 10 2011 050 484 A1 wird ebenfalls ein Schiebenockensystem beschrieben, bei dem ein Aktuator in Form eines Stifts zur axialen Verschiebung des Schiebenockens vorgesehen ist, wobei auf dem Schiebenocken eine axial verschiebbare Schiebemuffe positioniert ist und eine Arretiervorrichtung zur axialen Positionierung des Schiebenockens auf der Nockenwelle vorgesehen ist, die zusammen mit dem Aktuator im Zylinderkopf oder im Zylinderkopfdeckel gelagert ist. Der Nachteil dieser elektrischen Aktuatoren besteht darin, dass sie einen hohen Bauraum benötigen und damit die Motorhöhe deutlich anheben und für einen Betrieb an großen Ottomotoren oder Dieselmotoren ungeeignet sind, da sie die mechanische Beanspruchung über die Laufzeiten von Nutzfahrzeugen nicht sicher ertragen.
Ausgehend von diesem Stand der Technik liegt der Erfindung die Aufgabe zugrunde, einen Aktuator für ein Schiebenockensystem zur Verstellung des Schiebenockens in unterschiedliche axiale Positionen zu schaffen, der die Lebensdaueranforderungen von Nutzfahrzeugmotoren erfüllt, die Motorhöhe nur geringfügig erhöht und die Kosten für Aktoren reduziert, ohne den Energieverbrauch deutlich zu erhöhen.
Zur Lösung dieser Aufgabe schlägt die Erfindung einen Schiebnockenventiltrieb zur hubvariablen Betätigung der Gaswechselventile einer Verbrennungskraftmaschine vor, umfassend eine Nockwelle mit einer Trägerwelle und einer Schiebenockenhülse, die innenseitig drehfest und axialverschiebbar auf der Trägerwelle der Nockenwelle geführt ist und die außenseitig mehrere Nocken, zumindest eine Nockengruppe mit unterschiedlichen Nockenhülsen bzw. Nockenkonturen und zur Drehachse der Nockenwelle konzentrische Nuten aufweist, sowie einen erfindungsgemäßen Aktuator in Form eines hydraulischen Aktuators zur Verschiebung der Schiebenockenhülse mit einem oder mehreren Schaltpins, die bei Betätigung in zur Drehachse der Nockenwelle konzentrische Ringnuten eingreifen, so dass beim Betätigen eines Schaltpins des hydraulischen Aktuators eine Schiebenockenhülse axial in unterschiedliche Positionen verschiebbar ist. Der hydraulische Aktuator mit den Schaltpins, die servohydraulischen Ventile und die hydraulischen Kanäle zur Ölversorgung der Schaltpins sind in einem Nockenwellenlagerdeckel integriert, wobei das Drucköl zum Betätigen der Schaltpins direkt auf kurzem Weg der Nockenwellenlagerung entnehmbar ist. Der Nockenwellenlagerdeckel ist dazu vorteilhaft aus Stahl ausgebildet.
Vorteilhaft ist vorgesehen, dass mindestens ein servohydraulisches Ventil in Form eines 3-Wegeventils pro Schiebenockenhülse vorgesehen ist.
Eine vorteilhafte Ausführungsform wird darin gesehen, dass der Ventilkolben der 3-Wege-Ventile drei Schaltstellungen zur Ausführung unterschiedlicher Bewegungen der Schaltpins einnimmt.
Vorteilhaft ist weiterhin vorgesehen, dass die Schiebenockenhülse über ein Gleitlager im Nockenwellenlagerdeckel und im Zylinderkopf bewegbar ist, wobei das Gleitlager Nuten aufweist, die durch eine oder mehrere Verbindungskanäle miteinander verbunden sind, und wobei das Drucköl zur Versorgung des hydraulischen Aktuators aus dem Gleitlager entnehmbar ist.
Bevorzugt ist vorgesehen, dass Zulaufkanäle und Ölversorgungskanäle im Gleitlager als Bohrungen ausgebildet sind und dass die Verbindungskanäle im Gleitlager und die Kanäle zur Ölversorgung der Schaltpins des hydraulischen Aktuators winkelversetzt zueinander angeordnet sind.
Eine bevorzugte Ausführungsform wird darin gesehen, dass die konzentrischen Ringnuten als Kurvenscheiben ausgebildet sind, in die die Schaltpins eingreifen, indem sie an den Ringnutwänden anlaufen, so dass bei Betätigung der Schaltpins die Schiebenockenhülse axial verschieblich ist.
Eine weitere vorteilhafte Ausführungsform des Schiebenockenventiltriebs wird darin gesehen, dass das Drucköl von einer separaten Ölleitung dem hydraulischen Aktuator zugeführt wird, und das Drucköl von mehreren hydraulischen Aktuatoren von einem 2–3 Wegeventil geschaltet wird.
Der Vorteil des Einsatzes eines hydraulischen Aktuators für einen Schiebenockenventiltrieb besteht darin, dass die benötigte Bauhöhe gering ist, da der hydraulische Aktuator im Nockenwellenlagerdeckel angeordnet ist und damit kein eigenes Gehäuse benötigt wird. Vorteilhaft ist auch vorgesehen, dass das zum Betätigung der Schaltpins des hydraulischen Aktuator benötigte Drucköl auf direktem und kurzem Weg der Nockenwellenlagerung entnommen wird. Der benötigte Ölverbrauch ist dabei so gering, dass die Ölpumpen keinen größeren Ölvolumenstrom bereitstellen müssen. Gleichzeitig reduzieren sich die Kosten für Aktoren ohne den Energieverbrauch zu erhöhen. Die Nockenwelle ist an einem Ende in einem Wälzlager gelagert, das die Axialkräfte beim Schalten aufnimmt.
Die Erfindung wird nachfolgend anhand von schematisch in Zeichnungen dargestellten Ausführungsbeispielen näher erläutert.
Es zeigen:
1 ein erstes Ausführungsbeispiel eines Schiebenockensystems mit einem 3-Wege-Ventil;
2 ein weiteres Ausführungsbeispiel eines Schiebenockensystems mit zwei 3-Wege-Ventilen;
3 ein Ausführungsbeispiel eines Schiebenockensystems mit einem geteilten Gleitlager.
In den Ausführungsbeispielen eines Schiebenockenventiltriebs zur hubvariablen Betätigung der Gaswechselventile einer Verbrennungskraftmaschine besteht der Schiebenockenventiltrieb entsprechen den 1 und 2 aus einer Nockenwelle 1 mit einer Trägerwelle und einer Schiebenockenhülse 2, die innenseitig drehfest sowie axial verschiebbar auf der Trägerwelle der Nockenwelle 1 gelagert ist und die außenseitig Nockengruppen 3, 4 mit unterschiedlichen Nockenhüben bzw. Nockenkonturen aufweist, sowie eine oder mehrere zur Drehachse der Nockenwelle 1 konzentrische als Ringnuten ausgebildete Verschiebenuten 5, 6, in die Schaltpins 7, 8 eines hydraulischen Aktuators eingreifen, um die Schiebenockenhülse 2 axial zu verschieben. Die Nockenwelle 1 ist an einem Ende in einem Wälzlager gelagert, das die Axialkräfte beim Schalten aufnimmt. Die Ringnuten 5, 6 sind als Kurvenscheiben ausgeführt, in die Schaltpins 7, 8 eingreifen können, indem sie an den Ringnutwänden anlaufen, so dass beim Betätigen eines der Schaltpins 7, 8 die Schiebenockenhülse 2 axial verschiebbar ist. Die Ansteuerung der Schaltpins 7, 8 erfolgt in der vorliegenden Erfindung mit mindestens einem servohydraulischen Ventil 10 pro Schiebenockenhülse 2 oder zwei 3-Wege-Ventilen 18, 19. Die hydraulischen Kanäle, die Zulaufkanäle 12, 14, 15 und ein Ölversorgungskanal 13 sind als Bohrungen ausgebildet und in einem insbesondere aus Stahl ausgebildeten Nockenwellenlagerdeckel 9 angeordnet. In einem ersten Ausführungsbeispiel gemäß 1 erfolgt die Ansteuerung der Schaltpins 7, 8 des hydraulischen Aktuators, d. h. die Schaltung des Drucköls auf die Schaltpins 7, 8 mit einem 3-Wege-Ventil 10, das im Nockenwellenlagerdeckel 9 angeordnet ist und hydraulische Kanäle schaltet, durch die das Drucköl auf die Schaltpins 7, 8 geleitet wird. Ein Ventilkolben 11 des 3-Wege-Ventils 10 kann dabei drei Positionen, d. h. drei Schaltstellungen zur Ausführung unterschiedlicher Bewegungen der Schaltpins 7, 8 einnehmen. In einer ersten Position wird der Zulaufkanal 12 freigegeben, so dass das Drucköl von dem Ölversorgungskanal 13 über den Zulaufkanal 12 und den Zulaufkanal 14 in eine Druckkammer 16 des Schaltpins 7 fließt und der Schaltpin 7 geschaltet wird. In der Position 2 des Ventilkolbens 11 werden die Zulaufkanäle 12 und 14 verschlossen. In der Position 3 wird der Zulaufkanal 12 geschlossen und die Zulaufkanäle 14 und 15 freigegeben. Dadurch fließt das Drucköl von dem Ölversorgungskanal 13 über den Zulaufkanal 14 und den Zulaufkanal 15 zur Druckkammer 17 des Schaltpins 8 und schaltet somit den Schaltpin 8.
In 2 ist ein Schiebenockensystem mit zwei 3-Wege-Ventilen 18, 19 dargestellt, die im Nockenwellenlagerdeckel 9 angeordnet sind und wechselseitig das Drucköl von dem Ölversorgungskanal 13 über den Zulaufkanal 14 auf die hydraulischen Schaltpins 7 und 8 leiten. Das Drucköl kann auch von einer separaten Ölleitung dem hydraulischen Aktuator zugeführt werden, wobei das Drucköl von mehreren hydraulischen Aktuatoren von einem 2–3 Wegeventil 10, 18, 19 geschaltet wird. 3 zeigt ein Ausführungsbeispiel eines Schiebenockensystems mit einem geteilten Gleitlager 20. Die Schiebenockenhülse 2 ist auf dem Gleitlager 20 im Nockenwellenlagerdeckel 9 und im Zylinderkopf gelagert. Das Drucköl zur Versorgung des hydraulischen Aktuators wird dazu direkt aus dem Gleitlager 20 entnommen. Das Gleitlager 20 weist Nuten 21 und 22 auf. Die beiden Nuten 21 und 22 sind durch eine oder mehrere Verbindungskanäle miteinander verbunden, die gegenüber dem Ölversorgungskanal 13 winkelversetzt sind. Wird nach der axialen Verschiebung der Schiebenockenhülse 2 durch die Schaltpins 7, 8 des hydraulischen Aktuators der Schaltpin 2 oder 3 durch die Ringnut 5 oder 6 zurückgeschoben, kann das Drucköl durchweitere nicht näher dargestellte als Bohrungen ausgebildete Kanäle entweichen.
Die Erfindung beschränkt sich nicht auf die Ausführungsbeispiele, sondern ist in der Ausbildung des hydraulischen Aktuators sowie der Anordnung und Ausbildung der Schiebenockenhülse variabel. Sie umfasst insbesondere auch Varianten, die durch Kombination von in Verbindung mit der vorliegenden Erfindung beschriebenen Merkmale bzw. Elementen gebildet werden können. Alle in der vorstehenden Beschreibung erwähnten sowie aus der Zeichnungen entnehmbaren Merkmale sind weitere Bestandteile der Erfindung, auch wenn sie nicht besonders hervorgehoben und in den Ansprüchen erwähnt sind.
Bezugszeichenliste

1: Nockenwelle mit Trägerwelle
2: Schiebenockenhülse
3: Nockengruppe
4: Nockengruppe
5: Ringnut
6: Ringnut
7: Schaltpin
8: Schaltpin
9: Nockenwellenlagerdeckel
10: 3-Wege-Ventil
11: Ventilkolben
12: Zulaufkanal
13: Ölversorgungskanal
14: Zulaufkanal
15: Zulaufkanal
16: Druckkammer
17: Druckkammer
18: 3-Wege-Ventil
19: 3-Wege-Ventil
20: Gleitlager
21: Nut
22: Nut

ZITATE ENTHALTEN IN DER BESCHREIBUNG
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Zitierte Patentliteratur

DE 19611641 C1 [0002]
DE 102010052173 A1 [0002]
DE 102013214771 B4 [0002]
DE 102011050484 A1 [0002]

Claims

Schiebenockenventiltrieb zur hubvariablen Betätigung der Gaswechselventile einer Verbrennungskraftmaschine, umfassend eine Nockenwelle mit einer Trägerwelle und eine Schiebenockenhülse, die innenseitig drehfest und axialverschieblich auf der Trägerwelle der Nockenwelle geführt ist und die außenseitig mehrere Nocken, zumindest eine Nockengruppe mit unterschiedlichen Nockenhülsen bzw. Nockenkonturen und zur Drehachse der Nockenwelle eine oder mehrere konzentrische Nuten aufweist, sowie einen Aktuator, der Schaltpins in eine Kurvenbahn zur axialen Verschiebung der Schiebenockenhülse einbringt, dadurch gekennzeichnet, dass der Aktuator zur Verschiebung einer Schiebenockenhülse (2) als ein hydraulischer Aktuator mit Schaltpins (7, 8) ausgebildet ist, die bei Betätigung in konzentrische Ringnuten (5, 6) eingreifen, so dass eine Schiebenockenhülse (2) axial in unterschiedliche Positionen verschiebbar ist, wobei der hydraulische Aktuator mit den Schaltpins (7, 8) und mindestens ein servohydraulisches Ventil (10, 18, 19) sowie Versorgungskanäle (12, 13, 14, 15) zur Ölversorgung in einem Nockenwellenlagerdeckel (9) integriert sind und wobei das Drucköl zur Betätigung des hydraulischen Aktuators direkt der Nockenwellenlagerung entnehmbar ist.
Schiebenockenventiltrieb nach Anspruch 1, dadurch gekennzeichnet, dass mindestens ein servohydraulisches Ventil (10, 18, 19) pro Schiebenockenhülse (2) vorgesehen ist.
Schiebenockenventiltrieb nach Anspruch 1 und 2, dadurch gekennzeichnet, dass die servohydraulischen Ventile (10, 18, 19) als 3-Wege-Ventile ausgebildet sind.
Schiebenockenventiltrieb nach einem der Ansprüche 1 bis 3, dadurch gekennzeichnet, dass ein Ventilkolben (11) der 3-Wege-Ventile (10, 18, 19) drei Schaltstellungen zur Ausführung unterschiedlicher Bewegungen der Schaltpins (7, 8) einnimmt.
Schiebenockenventiltrieb nach einem der Ansprüche 1 bis 4, dadurch gekennzeichnet, dass Zulaufkanäle (12, 14, 15) und ein Ölversorgungskanal (13) im Nockenwellenlagerdeckel (9) angeordnet und als Bohrungen ausgebildet sind.
Schiebenockenventiltrieb nach einem der Ansprüche 1 bis 5, dadurch gekennzeichnet, dass die Schiebenockenhülse (2) auf einem Gleitlager (20) im Nockenwellenlagerdeckel (9) und im Zylinderkopf bewegbar ist, wobei das Gleitlager (20) Nuten (21, 22) aufweist, die durch eine oder mehrere Verbindungskanäle miteinander verbunden sind und wobei das Drucköl zur Versorgung des hydraulischen Aktuators aus dem Gleitlager (20) entnehmbar ist.
Schiebenockenventiltrieb nach einem der vorangehenden Ansprüche, dadurch gekennzeichnet, dass die Verbindungskanäle im Gleitlager (20) und die Kanäle zur Ölversorgung der Schaltpins (7, 8) des hydraulischen Aktuators winkelversetzt zueinander angeordnet sind.
Schiebenockenventiltrieb nach einem der Ansprüche 1 bis 7, dadurch gekennzeichnet, dass die Ringnuten (5, 6) als Kurvenscheiben ausgebildet sind, in die die Schaltpins (7, 8) eingreifen, indem sie an den Ringnutwänden anlaufen, so dass bei Betätigung der Schaltpins (7, 8) die Schiebenockenhülse (2) axial verschiebbar ist.
Schiebenockenventiltrieb nach einem der Ansprüche 1 bis 8, dadurch gekennzeichnet, dass die Zuführung von Drucköl zu dem hydraulischen Aktuator von einer separaten Ölleitung vorgesehen ist.
Schiebenockenventiltrieb nach einem der Ansprüche 1 bis 9, dadurch gekennzeichnet, dass das Drucköl von mehreren Aktuatoren von einem 2–3 Wegeventil schaltbar vorgesehen ist.