-
Die Erfindung betrifft einen Ventiltrieb für eine Verbrennungskraftmaschine der im Patentanspruch 1 angegebenen Art.
-
Aus dem Stand der Technik, insbesondere aus dem Serienfahrzeugbau, sind für Verbrennungskraftmaschinen Ventilhubumschaltsysteme mit auf einer Nockenwelle axial verschiebbaren Nocken und/oder Nockenträgern bekannt.
-
So offenbart beispielsweise das Dokument
DE 10 2013 206 311 A1 einen Ventiltrieb einer Brennkraftmaschine bzw. Verbrennungskraftmaschine, bei welchem ein Nockenträger auf einer Nockenwelle axial verschiebbar gelagert ist. Durch den verschiebbaren Nockenträger sind Gaswechselventile der Verbrennungskraftmaschine mittels einer von einer Vielzahl an voneinander unterschiedlichen mit der Nockenwelle verbundenen Nockenformen betätigbar. Eine Energie zum axialen Verschieben des Nockenträgers kann von einer Rotationsenergie der Nockenwelle entnehmbar sein, indem beispielsweise ein in Bezug auf eine Längsrichtung der Nockenwelle unverschiebbar angeordnetes, in radialer Richtung der Nockenwelle mittels einer beispielsweise als elektromagnetischer Aktor ausgeführten Aktuatoreinrichtung hin zu der Nockenwelle bewegbares Betätigungselement in eine an dem Nockenträger angeordnete helixförmige Schaltnut (S-Nut oder s-förmige Nut) eingreift. Eine Längsachse dieses Betätigungselements kann insbesondere senkrecht zu der Längsrichtung der Nockenwelle angeordnet sein. Unter einer Rotation der Nockenwelle ist der Nockenträger durch das in die Schaltnut eingreifende Betätigungselement aus einer Ausgangsposition in eine von der Ausgangsposition unterschiedliche Position axial verschiebbar. Das Betätigungselement kann in eine an dem Nockenträger angeordnete, zu der ersten helixförmigen Schaltnut gangunterschiedliche weitere helixförmige Schaltnut in Eingriff bringbar sein, wodurch der Nockenträger mittels der Rotationsenergie der Nockenwelle zurück in die Ausgangsposition anordenbar ist. Insbesondere können die beiden helixförmigen Schaltnuten an deren Enden zusammengeführt sein (Y-Nut oder y-förmige Schaltnut) oder sich an einer Kreuzungsstelle schneiden bzw. kreuzen (X-Nut oder x-förmige Schaltnut). Ein Verschiebevorgang des Nockenträgers erfolgt zumindest größtenteils jeweils während einer Grundkreisphase, das heißt, während das Gaswechselventil geschlossen, d. h. unbetätigt ist.
-
Ein derartiger Ventiltrieb wird mittels der in dem Dokument
DE 10 2012 105 795 A1 vorhandenen Lehre weiterentwickelt, indem um deren Längsachse rotierbare Betätigungselemente mit einer quer zur Längsrichtung der Nockenwelle verlaufenden Erstreckung eingesetzt sind. Insbesondere können derartige Betätigungselemente zumindest teilweise im Wesentlichen zylindrisch, schiffförmig, oval oder ellipsoid ausgeführt sein. Ferner kann an dem Ventiltrieb eine Arretierungseinrichtung vorgesehen sein, welche dazu eingerichtet ist, den Nockenträger in der Ausgangsposition sowie in der von der Ausgangsposition unterschiedlichen Position lösbar zu halten. Mittels einem Ausrichtmittel sind die Betätigungselemente in eine korrekte, zum Einfahren in eine der Schaltnuten geeignete Position drehbar.
-
Darüber hinaus ist aus dem Stand der Technik bekannt, dass für den Nockenträger mit einer X-Nut, bei welchem die eingangs beschriebene Dreifach-Umschaltung realisiert ist, zwei Betätigungselemente eingesetzt sind.
-
Das Ausrichtmittel kann beispielsweise als ein jeweiliges Federelement ausgeführt sein, welches mit einem Gehäuse der Aktuatoreinrichtung verbunden ist und auf das jeweilige Betätigungselement wirkt, sodass das jeweilige Betätigungselement, zumindest wenn es außer Eingriff aus den Schaltnuten angeordnet ist, in eine zum Einfahren in eine der Schaltnuten geeignete Position gedreht ist. Das bedeutet, dass je Betätigungselement ein separates Federelement vorgesehen ist, um die Betätigungselemente wunschgemäß ausrichten zu können. Hierfür ist für das jeweilige Federelement jeweils Bauraum vorzusehen.
-
Aufgabe der vorliegenden Erfindung ist es, einen besonders bauraumeffizienten Ventiltrieb für eine Verbrennungskraftmaschine bereitzustellen.
-
Diese Aufgabe wird erfindungsgemäß durch einen Ventiltrieb für eine Verbrennungskraftmaschine mit den Merkmalen des Patentanspruchs 1 gelöst. Vorteilhafte Ausgestaltungen mit zweckmäßigen Weiterbildungen der Erfindung sind in den übrigen Patentansprüchen angegeben.
-
Erfindungsgemäß ist demnach ein Ventiltrieb für eine Verbrennungskraftmaschine, insbesondere eines Kraftwagens, vorgesehen mit einer Nockenwelle, auf welcher ein Nockenträgerelement drehfest und verschiebbar angeordnet ist, welches in Bezug auf die Nockenwelle jeweils aus einer ersten Stellung heraus in eine zweite Stellung und in eine dritte Stellung verschiebbar ist und mittels einer Arretierungseinrichtung in der ersten, in der zweiten oder in der dritten Stellung lösbar arretierbar ist. Mit anderen Worten umgreift das Nockenträgerelement mit dessen Innenumfangsfläche eine damit korrespondierend ausgebildete Außenumfangsfläche der Nockenwelle, sodass die Nockenwelle (NW) und das Nockenträgerelement eine gemeinsame NW-Längsachse aufweisen. Beispielsweise kann zwischen der Innenumfangsfläche des Nockenträgerelements und der Außenumfangsfläche der Nockenwelle eine ineinandergreifende Keilverzahnung realisiert sein. Das Nockenträgerelement ist mittels der Arretierungseinrichtung auf der Nockenwelle jeweils in der ersten, der zweiten und der dritten Stellung haltbar, bis ein Verschiebevorgang des Nockenträgerelements erfolgt. Beispielsweise kann die Arretierungseinrichtung als ein Sperrkugel-System ausgeführt sein, wobei eine federgelagerte Sperrkugel teilweise in ein Material der Nockenwelle und teilweise in ein Material des Nockenträgerelements eingreift.
-
Ferner weist der Ventiltrieb einen auf dem Nockenträgerelement angeordneten Nocken auf, welcher drei Nockenbahnen umfasst, wobei ein Gaswechselventil der Verbrennungskraftmaschine in der ersten Stellung mittels einer ersten Nockenbahn, in der zweiten Stellung mittels einer zweiten Nockenbahn und in der dritten Stellung mittels einer dritten Nockenbahn steuerbar ist. So sind beispielsweise Hubverlauf und Steuerzeit des Gaswechselventils mittels der verschiedenen Nockenbahnen beeinflussbar, sodass – z. B. bei einer sogenannten Dreifach-Umschaltung – das Gaswechselventil bei dessen Betätigung beispielsweise einen Vollhub, einen Teilhub oder einen Nullhub ausführt. Hierdurch ist ein Brennverfahren der Verbrennungskraftmaschine optimierbar, d. h. im Gegensatz zu Verbrennungskraftmaschinen mit konventionellem, d. h. nicht verstellbarem Ventiltrieb sind beispielsweise neben einem verbesserten Ansprechverhalten, insbesondere eines Abgasturboladers, eine Verbrauchs- und Schadstoffreduzierung sowie eine Leistungs- bzw. Drehmomenterhöhung der Verbrennungskraftmaschine messbar.
-
Des Weiteren weist der Ventiltrieb wenigstens zwei auf dem Nockenträgerelement ausgebildete Steuerkurven auf. Die beispielsweise jeweils als eine Nut ausgebildeten Steuerkurven schneiden sich an einer Kreuzungsstelle und verlaufen abseits der Kreuzungsstelle, entlang einer Außenumfangsrichtung des Nockenträgerelements zueinander parallel nebeneinander, wodurch eine X-Nut gebildet ist. Beispielsweise können die Steuerkurven in der Außenumfangsfläche des Nockenträgerelements oder auf einem Kurventräger ausgebildet sein, um an dem Nockenträgerelement unverschiebbar und drehfest angeordnet zu sein. Im Gegensatz zu sich nicht schneidenden Steuerkurven ist die X-Nut besonders bauraumeffizient ausführbar.
-
Außerdem umfasst der Ventiltrieb eine Aktuatoreinrichtung, mittels welcher jeweils eines von zumindest zwei um deren jeweilige Längsachse rotierbare Verstellelemente, welche jeweils eine zu der Längsachse senkrecht und konzentrisch mit einer Außenumfangsrichtung des Nockenträgerelements verlaufende Quererstreckung aufweisen, zum axialen Verschieben des Nockenträgerelements in eine der Steuerkurven in Eingriff und außer Eingriff bringbar ist. Das heißt, damit während des Verschiebevorgangs des Nockenträgerelements mittels des in X-Nut eingreifenden Verstellelements insbesondere an der Kreuzungsstelle ein Formschluss zwischen dem jeweiligen Verstellelement und dem Nockenträgerelement gewährleistet ist, sind üblicherweise um deren Längsachse rotierbare Verstellelemente mit einer quer zur Längsrichtung der Nockenwelle verlaufenden Erstreckung eingesetzt. Ferner sind derartige Verstellelemente eingesetzt, damit im Gegensatz zu einem beispielsweise als zylindrischer Pin ausgebildetem Verstellelement bei dem Verschiebevorgang des Nockenträgerelements eine möglichst große Fläche des Verstellelements an einer Seitenwand der Steuerkurve anliegt, um eine Flächenpressung und in weiterer Betrachtung eine Hertz'sche Pressung zwischen diesem Verstellelement und dieser Seitenwand zu verringern.
-
Ferner weist der Ventiltrieb ein Ausrichtmittel auf, mittels welchem die Verstellelemente um ihre jeweilige Längsachse in eine Verstellposition drehbar sind. Das bedeutet, dass an dem Ventiltrieb Mittel vorgesehen sind, die auf die Verstellelemente einwirken, um diese in die Verstellposition auszurichten, damit die Verstellelemente zumindest bei einem In-Eingriff-Bringen in eine der Steuerkurven möglichst parallel zu der jeweiligen Steuerkurve angeordnet sind. Beispielsweise kann jeweils eine Führungsfeder für ein Verstellelement vorgesehen sein, welche an einer Seitenwand des Verstellelements wirkt, sodass das Verstellelement daran gehindert ist, wenn es außer Eingriff aus beiden Steuerkurven ist, um seine Längsachse zu rotieren.
-
Um nun einen besonders bauraumeffizienten Ventiltrieb für eine Verbrennungskraftmaschine bereitzustellen, weist das Ausrichtmittel in Bezug auf eine Aufnahmeseite eines Gehäuses der Aktuatoreinrichtung schräg verlaufende Steuerflächen auf, mittels derer die Verstellelemente bei einem Außer-Eingriff-Bringen aus einer der Steuerkurven in ihre jeweilige Verstellposition drehbar sind. Die Aufnahmeseite des Gehäuses der Aktuatoreinrichtung ist dem Nockenträgerelement zugewandt. Das bedeutet, dass ein jeweiliger Anteil des jeweiligen Verstellelements, an welchem die Quererstreckung angeordnet ist, mittels der Aktuatoreinrichtung in Richtung zu der Aufnahmeseite des Gehäuses hin verlagerbar ist, wenn das Verstellelement außer Eingriff aus einer der Steuerkurven gebracht wird. Das bedeutet ferner, dass der jeweilige die Querstreckung aufweisende Anteil des Verstellelements zumindest teilweise im Bereich der Aufnahmeseite von dem Gehäuse aufnehmbar ist. Das bietet den Vorteil, dass für eine Realisierung des Ausrichtmittels ein jeweiliges das jeweilige Verstellelement ausrichtende Federelement entfallen kann, wodurch der Ventiltrieb besonders bauraumeffizient ausführbar ist. Ferner ist es vorteilhaft, dass durch den Entfall des Federelements der Ventiltrieb besonders kosteneffizient ausführbar ist. Darüber hinaus ist das Ausrichtmittel ohne zumindest zwei Federelemente besonders zuverlässig und langlebig.
-
Weitere Vorteile, Merkmale und Einzelheiten der Erfindung ergeben sich aus der nachfolgenden Beschreibung eines bevorzugten Ausführungsbeispiels sowie anhand der Zeichnung. Die vorstehend in der Beschreibung genannten Merkmale und Merkmalskombinationen sowie die nachfolgend in der Figurenbeschreibung genannten und/oder in den Figuren alleine gezeigten Merkmale und Merkmalskombinationen sind nicht nur in der jeweils angegebenen Kombination, sondern auch in anderen Kombinationen oder in Alleinstellung verwendbar, ohne den Rahmen der Erfindung zu verlassen.
-
Dabei zeigt:
-
1: eine perspektivische, schematische Darstellung einer ersten Ausführungsform eines Ventiltriebs für eine Verbrennungskraftmaschine, bei welchem zwei Verstellelemente außer Eingriff zweier Steuerkurven sind;
-
2: eine schematische Darstellung des Ventiltriebs aus 1;
-
3: eine perspektivische, schematische Darstellung eines Gehäuses einer Aktuatoreinrichtung, wobei ein Verstellelement unausgerichtet ist;
-
4: eine perspektivische, schematische Darstellung des Gehäuses, das in 3 gezeigt ist, der Aktuatoreinrichtung, wobei das Verstellelement ausgerichtet und in einer Ruheposition ist;
-
5: eine perspektivische, schematische Darstellung einer zweiten Ausführungsform des Ventiltriebs, bei welchem zwei Verstellelemente außer Eingriff zweier Steuerkurven sind;
-
6: eine schematische Explosionsdarstellung der Aktuatoreinrichtung, die bei einer dritten Ausführungsform eingesetzt sein kann;
-
7: eine schematische Ansicht der Aktuatoreinrichtung, die bei der dritten Ausführungsform eingesetzt sein kann (7a) und eine Schnittdarstellung davon (7b);
-
8: eine schematische Prinzipdarstellung einer Seitenansicht (8a) und einer Draufsicht (8b) eines Verstellelements mit einem Schraubenfederelement, das bei einer vierten Ausführungsform des Ventiltriebs eingesetzt sein kann; und
-
9: eine schematische Prinzipdarstellung einer Seitenansicht (9a) und einer Draufsicht (9b) eines Verstellelements mit einem auf Magnetismus basierenden Ausrichtmittel, das bei einer fünften Ausführungsform des Ventiltriebs eingesetzt sein kann.
-
In den Figuren sind gleiche oder funktionsgleiche Elemente mit gleichen Bezugszeichen versehen.
-
1 zeigt in einer perspektivischen, schematischen Darstellung eine erste Ausführungsform eines Ventiltriebs 10 für eine Verbrennungskraftmaschine (nicht dargestellt), bei welchem zwei Verstellelemente, d. h. ein erstes Verstellelement 12 und ein zweites Verstellelement 14, außer Eingriff zweier Steuerkurven, d. h. einer ersten Steuerkurve 16 und einer zweiten Steuerkurve 18, sind. 2 zeigt eine schematische Darstellung des Ventiltriebs aus 1. Eine Nockenwelle 20 (abgekürzt: NW), welche auch als Trägerwelle bezeichnet werden kann, weist eine NW-Längsachse 22 auf, und ist in Bezug darauf zumindest im Wesentlichen rotationssymmetrisch. Ferner weist die Nockenwelle 20 an ihrer Außenumfangsfläche 24 eine Vielzahl an Keilen 26 auf, sodass die Nockenwelle 20 zumindest teilweise als Keilwelle ausgebildet ist. Auf der Nockenwelle 20, das heißt, die Außenumfangsfläche 24 teilweise umfassend, ist ein Nockenträgerelement 28, welches auch als Nockenstück bezeichnet werden kann, in Bezug auf die NW-Längsachse 22 koaxial angeordnet. Damit das Nockenträgerelement 28 drehfest mit der Nockenwelle 20 verbunden ist, weist das Nockenträgerelement 28 an dessen Innenumfangsfläche 30 eine Vielzahl an nicht dargestellten Keilen auf, welche mit den Keilen 26 korrespondieren, sodass das Nockenträgerelement 28 zumindest teilweise als Keilnabe ausgeführt ist. Es ist also zwischen der Nockenwelle 20 und dem Nockenträgerelement 28 eine Keilverzahnung, welche auch als Schiebesitzverzahnung bezeichnet werden kann, realisiert, wodurch das Nockenträgerelement 28 in axialer Richtung, das heißt entlang der NW-Längsachse 22 verschiebbar ist.
-
Mittels eines Nockens 32 ist ein nicht dargestelltes Gaswechselventil der Verbrennungskraftmaschine steuerbar, wobei das Nockenträgerelement 28 zumindest zwei Nocken 32 aufweisen kann. Insbesondere, wenn das Nockenträgerelement 28 zwei Nocken 32 aufweist, können zwei Gaswechselventile, beispielsweise zwei Auslass- oder zwei Einlassventile, eines Zylinders der Verbrennungskraftmaschine jeweils mittels eines Nockens 32 betätigbar, d. h. steuerbar sein. Der Nocken 32 kann eine erste Nockenbahn 34, eine zweite Nockenbahn 36 und eine dritte Nockenbahn 38 aufweisen, wobei sich die einzelnen Nockenbahnen wenigstens hinsichtlich eines Ventilhubs und/oder einer Ventilsteuerzeit unterscheiden können. Beispielsweise kann an dem Gaswechselventil mittels der ersten Nockenbahn 34 ein Teilhub, der zweiten Nockenbahn 36 ein Vollhub und der dritten Nockenbahn 38 ein Nullhub (das Gaswechselventil wird während einer vollen Umdrehung des Nockenträgerelements 28 um die NW-Längsachse 22 nicht betätigt) ausgeführt werden.
-
Damit das Nockenträgerelement 28 nicht unerwünschter Weise, beispielsweise durch axial wirkende Störkräfte, aus einer der Stellungen heraus verschiebbar ist, ist eine nicht dargestellte Arretierungseinrichtung vorgesehen, mittels welcher das Nockenträgerelement 28 in axialer Richtung in der jeweiligen Stellung lösbar gehalten ist. Beispielsweise kann die Arretierungseinrichtung ein an der Außenumfangsfläche 24 der Nockenwelle 20 ausgebildetes Sackloch umfassen, in welchem eine Schraubenfeder angeordnet ist, welche eine Sperrkugel in Richtung zu der Innenumfangsfläche 30 des Nockenträgerelements 28 drückt, sodass die Sperrkugel in eine jeweilige mit der Sperrkugel korrespondierende, den einzelnen Stellungen zugeordnete Materialausnehmung eingreift. Die Sperrkugel ist während eines Verschiebevorgangs unter Aufbringen einer parallel zu der NW-Längsachse 22 wirkenden Verschiebekraft unter einem Komprimieren der Schraubenfeder in das Sackloch drückbar.
-
In einer ersten Stellung des Nockenträgerelements 28, wobei eine Hochachse 40 einer Aktuatoreinrichtung 42 mit einer nicht explizit dargestellten Hochachse des Nockenträgerelements 28 zusammenfällt, ist das Gaswechselventil mittels der ersten Nockenbahn 34 betätigbar. Die Hochachse 40 kann senkrecht zu der NW-Längsachse 22 verlaufen, insbesondere diese schneiden.
-
Um das um die NW-Längsachse 22 mit einem Drehsinn D rotierende Nockenträgerelement 28 aus der ersten Stellung heraus in zwei weitere Stellungen bewegen zu können, sind das zumindest teilweise in der beispielsweise als Doppelaktuator ausgeführten Aktuatoreinrichtung 42 gehaltene erste Verstellelement 12 und das zumindest teilweise in dem Doppelaktuator gehaltene zweite Verstellelement 14 mittels des Doppelaktuators entlang der Hochachse 40 jeweils separat in Richtung von dem Doppelaktuator zu dem Nockenträgerelement 28 bzw. zu der Nockenwelle 20 hin bewegbar. Dadurch sind das erste und das zweite Verstellelement 12 und 14 jeweils in Eingriff mit der Steuerkurve 16 oder der Steuerkurve 18 bringbar. Ferner sind das erste und das zweite Verstellelement 12 und 14 in Richtung von dem Nockenträgerelement 28 bzw. der Nockenwelle 20 zu dem Doppelaktuator hin bewegbar. Dadurch sind das erste und das zweite Verstellelement 12 und 14 jeweils außer Eingriff aus der Steuerkurve 16 oder der Steuerkurven 18 bringbar. Bevorzugter Weise erfolgt ein In-Eingriff-Bringen und Außer-Eingriff-Bringen des jeweiligen Verstellelements 12, 14 zumindest größtenteils während einer Grundkreisphase, das heißt während das Gaswechselventil von den Nockenbahnen 34, 36, 38 unbetätigt, das heißt angesteuert ist.
-
Wie in 1 und 2 ferner gezeigt ist, sind die Steuerkurve 16 und 18, welche jeweils auch als Schaltnut bezeichnet werden können, an einer Außenumfangsfläche 44 des Nockenträgerelements 28 angeordnet, und schneiden einander an einer Kreuzungsstelle 46 x-förmig, wodurch eine die Steuerkurve 16 und 18 umfassende sogenannte X-Nut gebildet ist. Abseits der Kreuzungsstelle 46 verlaufen die beiden Steuerkurven 16, 18 zueinander parallel nebeneinander und sind durch einen an der Kreuzungsstelle 46 unterbrochenen Trennsteg 48 voneinander getrennt. Ein jeweiliger nicht dargestellter Mittelpunkt des Trennstegs 48, der Steuerkurve 16 und der Steuerkurve 18 liegen auf der NW-Längsachse 22 in axialer Richtung voneinander versetzt, wobei ein jeweiliger nicht dargestellter Radius des Trennstegs 48 der Steuerkurve 16 und der Steuerkurve 18 zueinander parallel sind. Der Trennsteg 48, die Steuerkurve 16 und die Steuerkurve 18 können beispielsweise mittels eines Kurventrägers 50 auf dem Nockenträgerelement 28 angeordnet, zum Beispiel aufgeschoben, und verbunden sein. Alternativ kann der Kurventräger 50 mit dem Nockenträgerelement 28 einstückig ausgebildet sein. Es ist ferner denkbar, dass der Trennsteg 48 sowie die Steuerkurve 16 und 18 jeweils einstückig mit dem Nockenträgerelement 28 ausgebildet, zum Beispiel gefräst, sein können.
-
Ausgehend von der in der 1 und 2 gezeigten ersten Stellung ist das mit dem Drehsinn D um die NW-Längsachse 22 rotierende Nockenträgerelement 28 axial auf der Nockenwelle 20 in eine zweite Stellung verschiebbar, sodass das Gaswechselventil mittels der zweiten Nockenbahn 36 betätigbar ist, indem das erste Verstellelement 12 während der Grundkreisphase in die erste Steuerkurve 16 anordenbar ist, das heißt mit der ersten Steuerkurve 16 in Eingriff bringbar ist. Das mit der ersten Steuerkurve 16 in Eingriff befindliche erste Verstellelement 12 ist in Bezug auf die NW-Längsachse 22 unverschiebbar angeordnet, sodass aufgrund der Form und/oder des Verlaufs der ersten Steuerkurve 16 unter einem Überwinden der Arretierungseinrichtung das Nockenträgerelement 28 in axialer Richtung verschoben wird, sobald die Kreuzungsstelle 46, an welcher die erste Steuerkurve 16 die zweite Steuerkurve 18 schneidet, das erste Verstellelement 12 passiert. Ist der Verschiebevorgang abgeschlossen, ist das Nockenträgerelement 28 in der zweiten Stellung mittels der Arretierungseinrichtung lösbar arretierbar und das erste Verstellelement 12 ist, während derselben Grundkreisphase, aus der ersten Steuerkurve 16 außer Eingriff bringbar.
-
Analog verläuft der Verschiebevorgang, um das mit dem Drehsinn D um die NW-Längsachse 22 rotierende Nockenträgerelement 28 von der zweiten Stellung zurück in die erste Stellung zu verschieben. Indem das erste Verstellelement 12 während einer weiteren Grundkreisphase mit bzw. in der zweiten Steuerkurve 18 in Eingriff ist, wird, aufgrund der Form und/oder des Verlaufs der zweiten Steuerkurve 18, das Nockenträgerelement 28 unter einem Überwinden der Arretierungseinrichtung in axialer Richtung aus der zweiten Stellung in die erste Stellung verschoben, sobald die Kreuzungsstelle 46 das erste Verstellelement 12 passiert.
-
Erneut von der ersten Stellung ausgehend, ist das mit dem Drehsinn D um die NW-Längsachse 22 rotierende Nockenträgerelement 28 in eine dritte Stellung verschiebbar, sodass das Gaswechselventil mittels der dritten Nockenbahn 38 betätigbar ist, indem das zweite Verstellelement 14 während einer weiteren Grundkreisphase in die zweite Steuerkurve 18 anordenbar ist. Das mit der zweiten Steuerkurve 18 in Eingriff befindliche zweite Verstellelement 14 ist in Bezug auf die NW-Längsachse 22 unverschiebbar angeordnet, sodass aufgrund der Form und/oder des Verlaufs der zweiten Steuerkurve 18 unter einem Überwinden der Arretierungseinrichtung das Nockenträgerelement 28 in axialer Richtung verschoben wird, sobald die Kreuzungsstelle 46 das zweite Verstellelement 14 passiert. Ist der Verschiebevorgang abgeschlossen, ist das Nockenträgerelement 28 in der dritten Stellung mittels der Arretierungseinrichtung lösbar arretierbar und das zweite Verstellelement 14 ist, während derselben weiteren Grundkreisphase, aus der ersten Steuerkurve 16 außer Eingriff bringbar.
-
Um das mit dem Drehsinn D um die NW-Längsachse 22 rotierende Nockenträgerelement 28 während einer weiteren Grundkreisphase aus der dritten Stellung heraus in die erste Stellung zurück zu verschieben, ist das zweite Verstellelement 14 mit bzw. in der ersten Steuerkurve 16 in Eingriff gebracht, wodurch das Nockenwellenelement 28 unter einem Überwinden der Arretierungseinrichtung in axialer Richtung aus der dritten Stellung in die erste Stellung verschoben wird, sobald die Kreuzungsstelle 46 das zweite Verstellelement 14 passiert hat. Ist der Verschiebevorgang abgeschlossen, ist das Nockenträgerelement 28 in der ersten Stellung mittels der Arretierungseinrichtung lösbar arretierbar und das zweite Verstellelement 14 ist, während derselben weiteren Grundkreisphase, aus der ersten Steuerkurve 16 außer Eingriff bringbar.
-
3 zeigt in einer perspektivischen, schematischen Darstellung ein Gehäuse 52 der Aktuatoreinrichtung 42, wobei ein Verstellelement, welches im Folgenden der Übersicht halber als das erste Verstellelement 12 bezeichnet wird, unausgerichtet ist. Da das erste Verstellelement 12 und das zweite Verstellelement 14 baugleich ausgeführt, d. h. untereinander austauschbar sein können, gilt das Folgende ebenfalls für das zweite Verstellelement 14, welches in 3 nicht gezeigt ist. Das Verstellelement 12 weist eine Längsachse 54 auf, um welche ein Läuferanteil 56 des Verstellelements 12 rotationssymmetrisch, das heißt zylindrisch angeordnet sein kann. Die Aktuatoreinrichtung 42 weist je Verstellelement, das bei dem Ventiltrieb zum Einsatz kommt, eine mit dem Läuferanteil 56 korrespondierende Öffnung, d. h. im vorliegenden Fall zwei, insbesondere als jeweils eine Durchgangsöffnung 58 ausgebildete Öffnungen auf, in welchen je ein Läuferanteil 56 zumindest teilweise anordenbar ist. Hierbei kann eine Außenumfangsfläche 60 des Läuferanteils 56 mit einer Innenumfangsfläche 62 der Durchgangsöffnung 58 in Berührung stehen, sodass die Außenumfangsfläche 60 des Verstellelements 12 in Bezug zu der Innenumfangsfläche 62 der Durchgangsöffnung 58 verschiebbar ist. Insbesondere kann es möglich sein, dass das Verstellelement 12 in linearer Richtung, das heißt entlang der Längsachse 54, verschiebbar ist und/oder dass das Verstellelement 12 in Bezug zu der Längsachse 54 rotierbar, also drehbar ist.
-
Beispielsweise kann der Läuferanteil 56 als magnetischer Läufer ausgebildet sein, wenn die Aktuatoreinrichtung 42 als magnetischer Linearmotor ausgebildet ist. Der Läuferanteil 56 kann ferner eine Zahnanordnung aufweisen, in welche ein mit der Aktuatoreinrichtung 42 verbundenes, rotierbares Zahnrad eingreift, wenn die Aktuatoreinrichtung 42 als ein Rotations-Elektromotor ausgeführt ist.
-
Damit das Verstellelement 12 nach einem Außer-Eingriff-Bringen aus einer der beiden Steuerkurven 16, 18 in der Verstellposition ist, sodass eine Quererstreckung, das heißt also eine Quererstreckungsrichtung 64 senkrecht zu der NW-Längsachse 22 verläuft, sind an einer an einer Aufnahmeseite 66 des Gehäuses 52 ausgebildeten Aufnahmefläche 68, welche größtenteils senkrecht zu der Längsachse 54 verläuft, je Verstellelement eine Aufnahmenut 70 ausgebildet, welche eine geometrische Kontur, z. B. eine jeweils schräg zu der Aufnahmefläche 68 verlaufende Steuerflächen 72 aufweist, welche parallel zu einer Aufnahmenutachse 74 angeordnet sein können. Indem bei einem Außer-Eingriff-Bringen des Verstellelements 12, d. h. bei einem Hineinziehen des Verstellelements 12 in die Aufnahmenut 70 mittels der Aktuatoreinrichtung 42, aus einer der beiden Steuerkurven 16, 18 das Verstellelement 12, insbesondere an dessen Quererstreckung mit einer läuferseitigen umlaufenden Kante 76 an den dazu eingerichteten Steuerflächen 72 abgleitbar ist, ist ein Drehmoment erzeugbar, mittels welchem das Verstellelement so um die Längsachse 54 drehbar ist, dass die Quererstreckungsrichtung 64 parallel zu der Aufnahmenutachse 74 parallel anordenbar ist, um in einer Verstellposition anordenbar zu sein. In 3 ist das Verstellelement 12 außerhalb der Verstellposition angeordnet, was zu sehen ist, da die läuferseitige Kante 76 in einem Abstand von einer in der Aufnahmefläche 68 ausgebildeten Nutgrundfläche 78 angeordnet ist. Des Weiteren ist die Quererstreckungsrichtung 64 schräg zu der Aufnahmenutachse 74 angeordnet.
-
Die Durchgangsöffnung 58 kann entlang der Längsachse 54, insbesondere bei einem Nahbereich der Aufnahmefläche 68 und zu dieser hin trichterförmig aufgeweitet sein, wodurch die Steuerflächen 72 unterbrochen sein können.
-
4 zeigt in einer perspektivischen, schematischen Darstellung das Gehäuse 52, das bereits in 3 gezeigt ist, der Aktuatoreinrichtung 42, wobei das Verstellelement 12 ausgerichtet und in einer Ruheposition angeordnet ist. Dementsprechend ist ein Steuervorgang, bei welchem die läuferseitige Kante 76 an den Steuerflächen 72 unter fortschreitendem Verschieben des Verstellelements 12 entlang der Längsachse 54 hin zu der Aktuatoreinrichtung 42 abgleitet, abgeschlossen, sodass das Verstellelement 12 so um die Längsachse 54 gedreht wurde, dass die Quererstreckungsrichtung 64 parallel zu der Aufnahmenutachse 74 angeordnet ist. Dadurch ist das Verstellelement 12 in der Verstellposition, wodurch das Verstellelement, wie in 4 gezeigt, in die Ruheposition, bei welcher zumindest ein Teil der läuferseitigen Kante 76 direkt mit der Nutgrundfläche 78, das heißt mit der Aufnahmefläche 68, in Berührung steht, anordenbar.
-
Das Ausrichten des Verstellelements 12 in eine derartige Ruheposition ist vorteilhaft, da ein In-Eingriff-Bringen des Verstellelements 12 in eine der beiden Steuerkurven 16, 18, aus der Verstellposition heraus erfolgen kann, wenn die Quererstreckungsrichtung 64 zu der NW-Längsachse 22 senkrecht angeordnet ist. Das bedeutet, dass das Verstellelement 12 in der Ruheposition und in der Verstellposition so ausgerichtet ist, dass die Quererstreckungsrichtung 64 zu der NW-Längsachse 22 senkrecht angeordnet ist, wobei in der Ruheposition die läuferseitige Kante 76 zumindest teilweise direkt mit der Nutgrundfläche 78 bzw. Aufnahmefläche 68 in Berührung stehen kann.
-
In einer weiteren Ausführungsform weist das Gehäuse 52 der Aktuatoreinrichtung 42 senkrecht zu der Aufnahmefläche 68 angeordnete Halteflächen 80 auf, welche in 3 und 4 zu sehen sind. Die Halteflächen 80 bilden seitliche Flächen der Aufnahmenuten 70 und verlaufen parallel zu der Aufnahmenutachse 74. Mittels der Halteflächen 80 ist das Verstellelement 12, wenn es in der Ruheposition angeordnet ist, bezüglich der Längsachse 54 formschlüssig drehfest gehalten. Das bedeutet, dass das Verstellelement 12 mittels eventuell auftretender, externer Störkräfte unverdrehbar in der Ruheposition gehalten ist.
-
5 zeigt in einer perspektivischen, schematischen Darstellung eine zweite Ausführungsform des Ventiltriebs, bei welcher die zwei Verstellelemente 12 und 14 außer Eingriff der zwei Steuerkurven 16 und 18 sind. Im Unterschied zu der ersten Ausführungsform weist die Aktuatoreinrichtung 42 eine Federanordnung 82 auf, mittels welcher jeweils das Verstellelement 12 und das Verstellelement 14 in die Verstellposition drehbar kraftschlüssig sind. Die Federanordnung 82 kann dazu eingerichtet sein, das erste Verstellelement 12 und das zweite Verstellelement 14 in deren jeweiliger Ruheposition um deren Längsachse 54 so zu drehen, dass deren Quererstreckungsrichtung 64 senkrecht zu der NW-Längsachse 22 angeordnet sind. Ferner kann die Federanordnung 82 dazu eingerichtet sein, das erste und das zweite Verstellelement 12 und 14 so um deren Längsachse 54 zu drehen, dass die jeweilige Quererstreckungsrichtung 64 senkrecht zu der NW-Längsachse 22 angeordnet ist, wenn das jeweilige Verstellelement 12, 14 abseits der Kreuzungsstelle 46 in Eingriff mit einer der beiden Steuerkurven 16, 18 ist. Das bedeutet, dass die Federanordnung 82 auf das erste und das zweite Verstellelement 12 und 14 wirken, wenn diese in oder außer Eingriff mit einer der beiden Steuerkurven 16, 18 gebracht sind.
-
6 zeigt in einer schematischen Explosionsdarstellung die Aktuatoreinrichtung, die bei einer dritten Ausführungsform eingesetzt sein kann. Die Aktuatoreinrichtung 42 kann beispielsweise eine Blattfederaufnahme 84 aufweisen, in welcher eine Blattfeder 86 anordenbar ist. Insbesondere kann eine nicht explizit dargestellte Längserstreckungsrichtung der Blattfederaufnahme 84 senkrecht zu einer Längserstreckungsrichtung 88 der Aktuatoreinrichtung 42 angeordnet sein. Ferner kann die Blattfederaufnahme 84 so angeordnet sein, dass die Blattfeder 86 zumindest teilweise in den Durchgangsöffnungen 58 angeordnet ist, wobei eine Quererstreckungsrichtung 90 der Blattfeder 86 parallel zu der Längsachse 54 verläuft. Bei dieser Ausführungsform weisen das erste und das zweite Verstellelement 12 und 14 jeweils eine Federnut 92 auf, die eine Federnuthöhe 94 aufweist, welche parallel zu der Längsachse 54 verläuft. Die Federnuthöhe 94 kann so bemessen sein, dass die Blattfeder 86, wenn diese in der Blattfederaufnahme 84 angeordnet ist, in die jeweilige Federnut 92 eingreifen kann, wodurch die Blattfeder 86 an ihre Position gehalten werden kann. Ferner kann die Federnuthöhe 94 so bemessen sein, dass die in der Blattfederaufnahme 84 angeordnete Blattfeder 86 in die jeweilige Federnut 92 eingreifen kann, wenn das jeweilige Verstellelement in oder außer Eingriff mit einer der beiden Steuerkurven 16, 18 gebracht sind. Dementsprechend kann die Federnuthöhe 94 zumindest einem axialen Verstellweg des ersten und des zweiten Verstellelements 12 und 14 entsprechen, um welchen die Verstellelemente 12, 14 mittels der Aktuatoreinrichtung 42 entlang der Längsachse 54 verlagert werden, um in oder außer Eingriff mit einer der beiden Steuerkurven 16, 18 gebracht zu werden.
-
7 zeigt in einer schematischen Ansicht die Aktuatoreinrichtung 42, die bei der dritten Ausführungsform eingesetzt sein kann (7a), und eine Schnittdarstellung davon (7b). Ist beispielsweise das zweite Verstellelement 14 aus der Verstellposition bzw. aus der Ruheposition heraus um die Längsachse 54 verdreht, ist dadurch die Blattfeder 86 mittels einer Federnutkante 96 elastisch verformbar, wodurch die Blattfeder 86 spannbar ist. Dadurch, dass die Blattfeder 86 gespannt ist, übt sie über die sie verformende Federnutkante 96 ein Drehmoment auf das Verstellelement 14 aus, mittels welchem das Verstellelement 14 in Bezug auf dessen Längsachse 54 in die Verstellposition und/oder die Ruheposition drehbar ist, wobei die Blattfeder 86 jeweils in der Verstellposition und der Ruheposition entspannt ist. Darüber hinaus lässt die Blattfeder 86 eine Verdrehung des Verstellelements 14 zu, wenn dieses durch eine Gestalt der beiden Steuerkurven 16, 18, insbesondere an der Kreuzungsstelle 46, aus der Verstellposition heraus um die Längsachse 54 gedreht wird.
-
8 zeigt in einer schematischen Prinzipdarstellung eine Seitenansicht (8a) und eine Draufsicht (8b) eines Verstellelements mit einem Schraubenfederelement, das bei einer vierten Ausführungsform des Ventiltriebs eingesetzt sein kann. Da das erste Verstellelement 12 und das zweite Verstellelement 14 der vierten Ausführungsform baugleich ausgeführt, d. h. untereinander austauschbar sein können, gilt das Folgende ebenfalls für das zweite Verstellelement 14, wenngleich im Folgenden lediglich das (erste) Verstellelement 12 beschrieben ist. Zwei Schraubenfederelemente 98 können beispielsweise mittels eines jeweiligen Hebels 100 an einem Ende mit dem Läuferanteil 56 des Verstellelements 12 und mit einem anderen Ende mit einem Teil der Verbrennungskraftmaschine, insbesondere des Ventiltriebs 10, verbunden sein, wobei die beiden Hebel 100 senkrecht zu der Längsachse 54 und senkrecht zu der Quererstreckungsrichtung 64 angeordnet sein kann. Indem das Verstellelement 12 um dessen Längsachse 54, z. B. aufgrund von Störkräften oder während die Kreuzungsstelle 46 das Verstellelement 12 passiert, aus der Verstellposition herausgedreht wird, wird eines der beiden Schraubenfederelemente 98 zusammengedrückt, während das jeweils andere Schraubenfederelement 98 auseinandergezogen wird. Das bedeutet, dass die beiden Schraubenfederelemente 98 jeweils aus ihrer Grundposition heraus elastisch verformbar sind, wodurch ein Drehmoment an dem Verstellelement 12 erzeugbar ist, mittels welchem das wir Verstellelement 12 in die Verstellposition und/oder in die Ruheposition gedreht werden kann.
-
9 zeigt in einer schematischen Prinzipdarstellung eine Seitenansicht (9a) und eine Draufsicht (9b) eines Verstellelements mit einem auf Magnetismus basierenden Ausrichtmittel, das bei einer fünften Ausführungsform des Ventiltriebs eingesetzt sein kann. Da das erste Verstellelement 12 und das zweite Verstellelement 14 der fünften Ausführungsform baugleich ausgeführt, d. h. untereinander austauschbar sein können, gilt das Folgende ebenfalls für das zweite Verstellelement 14, wenngleich im Folgenden lediglich das (erste) Verstellelement 12 beschrieben ist. Bei dieser Ausführungsform ist eine magnetische Einrichtung 102 vorgesehen, mittels welcher das Verstellelement 12 in eine der Ruheposition oder der Verstellposition entsprechende Winkellage bringbar ist. Insbesondere kann der Läuferanteil zumindest teilweise als Permanentmagnet 104 ausgeführt sein, welcher eine Polarisierung aufweist, mittels welcher das Verstellelement 12 in Verbindung mit einem entsprechenden Stator 106, z. B. ein geschlossener Eisenkreis oder ein weiterer Permanentmagnet, berührungslos in die Verstellposition drehbar ist. Insbesondere kann die Aktuatoreinrichtung 46 den Stator 106 umfassen. Hieraus ergibt sich der Vorteil, dass das Verstellelement 12 berührungslos in die Verstellposition drehbar ist, wodurch mittels des Ausrichtmittels ein besonders geringer, insbesondere überhaupt kein Verschleiß an dem Verstellelement 12 auftritt.
-
Bezugszeichenliste
-
- 10
- Ventiltrieb
- 12
- erstes Verstellelement
- 14
- zweites Verstellelement
- 16
- erste Steuerkurve
- 18
- zweite Steuerkurve
- 20
- Nockenwelle (NW)
- 22
- NW-Längsachse
- 24
- Außenumfangsfläche (der Nockenwelle 20)
- 26
- Keil
- 28
- Nockenträgerelement
- 30
- Innenumfangsfläche (des Nockenträgerelements 30)
- 32
- Nocken
- 34
- erste Nockenbahn
- 36
- zweite Nockenbahn
- 38
- dritte Nockenbahn
- 40
- Hochachse
- 42
- Aktuatoreinrichtung
- 44
- Außenumfangsfläche
- 46
- Kreuzungsstelle
- 48
- Trennsteg
- 50
- Kurventräger
- 52
- Gehäuse
- 54
- Längsachse
- 56
- Läuferanteil
- 58
- Durchgangsöffnung
- 60
- Außenumfangsfläche (des Läuferanteils 56)
- 62
- Innenumfangsfläche (der Durchgangsöffnung 58)
- 64
- Quererstreckungsrichtung
- 66
- Aufnahmeseite
- 68
- Aufnahmefläche
- 70
- Aufnahmenut
- 72
- Steuerflächen
- 74
- Aufnahmenutachse
- 76
- Kante
- 78
- Nutgrundfläche
- 80
- Halteflächen
- 82
- Federanordnung
- 84
- Blattfederaufnahme
- 86
- Blattfeder
- 88
- Längserstreckungsrichtung (der Blattfeder 86)
- 90
- Quererstreckungsrichtung (der Blattfeder 86)
- 92
- Federnut
- 94
- Federnuthöhe
- 96
- Federnutkante
- 98
- Schraubenfederelement
- 100
- Hebel
- 102
- magnetische Einrichtung
- 104
- Permanentmagnet
- 106
- Stator
- D
- Drehsinn
-
ZITATE ENTHALTEN IN DER BESCHREIBUNG
-
Diese Liste der vom Anmelder aufgeführten Dokumente wurde automatisiert erzeugt und ist ausschließlich zur besseren Information des Lesers aufgenommen. Die Liste ist nicht Bestandteil der deutschen Patent- bzw. Gebrauchsmusteranmeldung. Das DPMA übernimmt keinerlei Haftung für etwaige Fehler oder Auslassungen.
-
Zitierte Patentliteratur
-
- DE 102013206311 A1 [0003]
- DE 102012105795 A1 [0004]
