DE102016124851A1 - Valve gear of an internal combustion engine - Google Patents
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Abstract
Die Erfindung betrifft einen variablen Ventiltrieb einer Brennkraftmaschine mit wenigstens einer Grundnockenwelle, auf der drehfest und zwischen zumindest zwei Axialpositionen axial verschiebbar wenigstens ein Ventilbetätigungsnocken aufweisender Nockenträger vorgesehen ist. Eine dem Nockenträger zugeordneten Schiebehülse (3) verfügt an ihrem Umfang über zwei in axialer Richtung gegenläufige, sich kreuzende Kulissenbahnen (9, 10), wobei die Kulissenbahnen (9, 10) in radialer Richtung höhenversetzt zueinander angeordnete Nutgründe aufweisen. Zum axialen Verschieben der Schiebehülse (3) in Richtung beider Kulissenbahnen (9, 10) ist ein in die Kulissenbahnen (9, 10) einkoppelbarer Betätigungsstift (8) vorgesehen. Erfindungsgemäß ist vorgesehen, dass die Kulissenbahn (10) mit dem radial höheren Nutgrund einen sich in Umfangsrichtung der Schiebehülse (3) erstreckenden Neutralbereich (17) ohne Axialhub aufweist und die Kulissenbahn (9) mit dem radial tieferen Nutgrund zumindest abschnittsweise durch diesen Neutralbereich verläuft. Der Neutralbereich unterteilt einen Verschiebebereich der beiden Kulissenbahnen (9, 10) jeweils in einen ersten Verschiebeabschnitt und einen zweiten Verschiebeabschnitt . Hierbei ist ein Übergang zwischen dem Neutralbereich und dem mit einem Ausspurbereich (15) verbundenen zweiten Verschiebeabschnitt der Kulissenbahn (10) mit dem radial höheren Nutgrund in Drehrichtung (5) der Schiebhülse (3) hinter einem Übergang zwischen dem Neutralbereich und dem mit einem Ausspurbereich verbundenen zweiten Verschiebeabschnitt der Kulissenbahn (9) mit dem radial tieferen Nutgrund angeordnet.The invention relates to a variable valve train of an internal combustion engine having at least one base camshaft, on the rotatably and between at least two axial positions axially displaceable at least one cam actuating cam exhibiting cam carrier is provided. A cam sleeve assigned to the sliding sleeve (3) has at its periphery via two oppositely directed in the axial direction, intersecting link tracks (9, 10), wherein the link tracks (9, 10) in the radial direction height offset from one another arranged groove bases. For axial displacement of the sliding sleeve (3) in the direction of both slide tracks (9, 10) in the slide tracks (9, 10) einkoppelbarer actuating pin (8) is provided. According to the invention, the slide track (10) with the radially higher groove base has a neutral region (17) extending in the circumferential direction of the sliding sleeve (3) without axial travel and the slide track (9) with the radially lower groove base extends at least in sections through this neutral region. The neutral region divides a displacement region of the two slide tracks (9, 10) each into a first displacement section and a second displacement section. In this case, a transition between the neutral region and the second displacement section of the slide track (10) connected to a cutout region (15) is connected to the radially higher groove base in the direction of rotation (5) of the sliding sleeve (3) behind a transition between the neutral region and the one with a cutout region second displacement section of the slide track (9) arranged with the radially deeper groove bottom.
Description
Die Erfindung betrifft einen Ventiltrieb einer Brennkraftmaschine mit wenigstens einer Grundnockenwelle, auf der drehfest und zwischen zumindest zwei Axialpositionen axial verschiebbar wenigstens ein Ventilbetätigungsnocken aufweisender Nockenträger vorgesehen ist, mit einer dem Nockenträger zugeordneten Schiebehülse, welche an ihrem Umfang über zwei in axialer Richtung gegenläufige, sich kreuzende Kulissenbahnen verfügt, wobei die Kulissenbahnen in radialer Richtung höhenversetzt zueinander angeordnete Nutgründe aufweisen, sodass die Kulissenbahn mit dem radial tieferliegenden Nutgrund zusätzliche durch den Höhenversatz gebildete Führungswände aufweist und mit einem in die beiden Kulissenbahnen einkoppelbaren Betätigungsstift zum axialen Verschieben der Schiebehülse in Richtung beider Kulissenbahnen, wobei die beiden Kulissenbahnen jeweils einen Einspurbereich und einen Ausspurbereich ohne Axialhub und einen sich zwischen dem Einspurbereich und dem Ausspurbereich erstreckenden Verschiebebereich mit Axialhub aufweisen.The invention relates to a valve train of an internal combustion engine having at least one base camshaft on the rotatably and between at least two axial positions axially displaceable at least one Ventilbetätigungsnocken exhibiting cam carrier is provided with a cam carrier associated sliding sleeve, which at its periphery via two opposite in the axial direction, intersecting Kulissenbahnen has, wherein the slide tracks in the radial direction offset in height have mutually arranged groove bases, so that the slide track with the radially deeper groove base additional formed by the height offset guide walls and can be coupled with an engageable in the two slide tracks actuating pin for axial displacement of the sliding sleeve in the direction of both slide tracks the two slide tracks each a Einspurbereich and a Ausspurbereich without Axialhub and a erstre between the Einspurbereich and the Ausspurbereich have ckenden shift range with Axialhub.
Derartige variable Ventiltriebe werden für Brennkraftmaschinen eingesetzt, bei welchen das Arbeitsspiel von Gaswechselventilen einzelner Zylinder der Brennkraftmaschine zur Verbesserung der thermodynamischen Eigenschaften beeinflusst werden kann. Der mindestens eine Nockenträger, welcher auch als Nockenstück bezeichnet werden kann, ist drehfest und axial verschiebbar auf der Grundnockenwelle angeordnet.Such variable valve trains are used for internal combustion engines, in which the cycle of gas exchange valves of individual cylinders of the internal combustion engine can be influenced to improve the thermodynamic properties. The at least one cam carrier, which may also be referred to as a cam piece, is arranged rotationally fixed and axially displaceable on the base camshaft.
Dem Nockenträger sind üblicherweise mehrere, also zumindest zwei, Ventilbetätigungsnocken zugeordnet. Jeder dieser Ventilbetätigungsnocken weist eine Exzentrizität auf, welche der Betätigung eines der Gaswechselventile der Brennkraftmaschine bei einem bestimmten Drehwinkel der Grundnockenwelle dient. Die Ventilbetätigungsnocken laufen demnach gemeinsam mit der Grundnockenwelle um, sodass das jeweilige Gaswechselventil der Brennkraftmaschine zumindest einmal pro Umdrehung der Grundnockenwelle von dem zugeordneten Ventilbetätigungsnocken beziehungsweise dessen Exzentrizität betätigt wird. Der Ventilbetätigungsnocken wirkt dazu vorzugsweise mit einem Rollenschlepphebel des Gaswechselventils zusammen, indem er mit diesem in Anlagekontakt tritt.The cam carrier is usually associated with a plurality, that is to say at least two, valve actuation cams. Each of these valve actuation cams has an eccentricity, which serves to actuate one of the gas exchange valves of the internal combustion engine at a specific angle of rotation of the basic camshaft. Accordingly, the valve actuating cam run together with the base camshaft so that the respective gas exchange valve of the internal combustion engine is actuated by the associated valve actuating cam or its eccentricity at least once per revolution of the basic camshaft. The valve actuating cam cooperates preferably with a roller rocker arm of the gas exchange valve by coming into abutting contact with this.
Vorzugsweise sind mehrere Ventilbetätigungsnocken vorgesehen, welche unterschiedlichen Nockengruppen zugeordnet sein können. Die Ventilbetätigungsnocken einer Nockengruppe unterscheiden sich nun beispielsweise hinsichtlich der Winkellage ihrer Exzentrizität oder der Erstreckung derselben in radialer Richtung (Höhe) und/oder in Umfangsrichtung (Länge). Durch das axiale Verschieben des Nockenträgers kann dieser in wenigstens zwei, beispielsweise in eine erste und eine zweite, Axialposition gebracht werden. In der ersten Axialposition wird das Gaswechselventil von einem ersten der Ventilbetätigungsnocken und in der zweiten Axialposition von einem zweiten der Ventilbetätigungsnocken betätigt, welche derselben Nockengruppe zugeordnet sind. Durch die Verlagerung des Nockenträgers können somit insbesondere der Öffnungszeitpunkt, die Öffnungsdauer und/oder der Hub des Gaswechselventils, insbesondere in Abhängigkeit von einem Betriebszustand der Brennkraftmaschine ausgewählt und eingestellt werden.Preferably, a plurality of valve actuation cams are provided, which may be assigned to different cam groups. The valve actuation cams of a cam group now differ, for example, with regard to the angular position of their eccentricity or the extent of the same in the radial direction (height) and / or in the circumferential direction (length). By the axial displacement of the cam carrier this can be brought into at least two, for example in a first and a second, axial position. In the first axial position, the gas exchange valve is actuated by a first one of the valve actuation cams and in the second axial position by a second one of the valve actuation cams associated with the same cam group. As a result of the displacement of the cam carrier, in particular the opening time, the opening duration and / or the lift of the gas exchange valve, in particular depending on an operating state of the internal combustion engine, can be selected and set.
Das Verschieben beziehungsweise Verlagern des Nockenträgers in axialer Richtung erfolgt mit Hilfe einer Stelleinrichtung, die eine dem Nockenträger zugeordnete Schiebehülse bzw. Schalt- oder Axialkulisse und einen ortsfest angeordneten Aktuator, üblicherweise in einen Zylinderkopf der Brennkraftmaschine, umfasst. Der Aktuator verfügt über einen ausfahrbaren, als Betätigungsstift ausgebildeten Mitnehmer, der sich mit einer beispielsweise schrauben- oder spiralförmigen Kulissenbahn der Schaltkulisse in Eingriff bringen lässt. Die Kulissenbahnen sind an der Schiebehülse vorgesehen, welche dem Nockenträger zugeordnet ist. Beispielsweise ist die Schiebehülse an dem Nockenträger ausgebildet oder mit diesem zum axialen Verschieben wirkverbunden. Die Kulissenbahnen liegen jeweils entlang eines Verlaufes einer Kurvenbahn vor und weisen eine bestimmte Breite auf, welche vorzugsweise auf die Breite des vorzugsweise zylindrischen Betätigungsstiftes des Aktuators abgestimmt ist. Üblicherweise ist die Kulissenbahn geringfügig breiter als der Betätigungsstift, sodass ein problemloses Durchlaufen der Kulissenbahn durch den Betätigungsstift möglich ist. Die Kulissenbahnen liegen beispielsweise als Radialnuten vor, welche den Umfang der Schaltkulisse durchgreifen, also randoffen in dieser ausgebildet sind.The displacement or displacement of the cam carrier in the axial direction takes place with the aid of an adjusting device which comprises a cam carrier associated with the sliding sleeve or switching or Axialkulisse and a stationary actuator, usually in a cylinder head of the internal combustion engine. The actuator has an extendable, designed as an actuating pin driver, which can be brought into engagement with an example helical or spiral slide track of the shift gate. The slide tracks are provided on the sliding sleeve, which is assigned to the cam carrier. For example, the sliding sleeve is formed on the cam carrier or operatively connected thereto for axial displacement. The slide tracks are each along a course of a curved path and have a certain width, which is preferably matched to the width of the preferably cylindrical actuating pin of the actuator. Usually, the slide track is slightly wider than the actuating pin, so that a smooth passage through the slide track by the actuating pin is possible. The slide tracks are, for example, as radial grooves, which pass through the circumference of the shift gate, so are formed open-edge in this.
Bei der Auslegung der Brennkraftmaschine sind häufig zahlreiche Parameter fest vorgegeben, beispielsweise ein Abstand zwischen den einzelnen Zylindern der Brennkraftmaschine. Zusätzlich ist es wünschenswert, den Bauraum der Brennkraftmaschine zu reduzieren. Aus beiden Voraussetzungen folgt, dass der Ventiltrieb der Brennkraftmaschine mit einem konstanten und begrenzten Bauraum realisiert werden muss, was problematisch sein kann, wenn der Nockenträger axial verschiebbar, insbesondere mehrstufig verschiebbar sein soll. Aus diesem Grund kommt bei einem derartigen Ventiltrieb häufig der vorstehend beschriebene, sich kreuzende Verlauf der Kulissenbahnen zum Einsatz.In the design of the internal combustion engine, numerous parameters are often fixed, for example, a distance between the individual cylinders of the internal combustion engine. In addition, it is desirable to reduce the installation space of the internal combustion engine. From both conditions it follows that the valve train of the internal combustion engine with a constant and limited space must be realized, which can be problematic if the cam carrier is to be axially displaceable, in particular multi-stage displaced. For this reason, the above-described, intersecting course of the slide tracks is often used in such a valve train.
In diesem Zusammenhang beschreibt beispielsweise die
Bei einem solchen Ventiltrieb tritt jedoch das Problem auf, dass der Mitnehmer des Aktuators während des Durchlaufens zumindest einer der Kulissenbahnen - üblicherweise im Bereich des Kreuzungspunktes - ohne seitliche Führung ist, weil die Führungswand der Kulissenbahn, von welcher der Mitnehmer in axialer Richtung geführt ist, durch das Kreuzen der jeweils anderen Kulissenbahn unterbrochen ist. Der Nockenträger muss sich daher, um die axiale Verlagerung zu vollenden, mit Hilfe der bereits durch den Mitnehmer auf den Nockenträger aufgeprägten kinetischen Energie zumindest über eine kurze Distanz aufgrund seiner Massenträgheit bewegen. Diese Freiflugphase erfordert jedoch das Aufbringen einer ausreichenden Menge an kinetischer Energie. Die aufgebrachte kinetische Energie steigt mit der Drehzahl der Brennkraftmaschine an, weil die Grundnockenwelle üblicherweise fest mit einer Kurbelwelle der Brennkraftmaschine gekoppelt ist. Das bedeutet dennoch, dass die Brennkraftmaschine mit einer Mindestdrehzahl betrieben werden muss, um ein erfolgreiches axiales Verschieben des Nockenträgers mittels des Aktuators zu ermöglichen. Dies ist jedoch nicht wünschenswert, weil es auch in Betriebsbereichen der Brennkraftmaschine mit einer unterhalb der Mindestdrehzahl liegenden Drehzahl insbesondere zur Einhaltung von Emissionsgrenzwerten und/oder zur Erzielung eines optimalen Wirkungsgrades der Brennkraftmaschine notwendig sein kann, das Arbeitsspiel der Gaswechselventile durch das axiale Verschieben des Nockenträgers zu beeinflussen.In such a valve train, however, the problem arises that the driver of the actuator while passing through at least one of the slide tracks - usually in the region of the crossing point - without lateral guidance, because the guide wall of the slide track, from which the driver is guided in the axial direction, is interrupted by the crossing of the other gate track. The cam carrier must therefore, in order to complete the axial displacement, move with the help of the kinetic energy already impressed on the cam carrier by the driver, at least over a short distance due to its inertia. However, this free-flying phase requires the application of a sufficient amount of kinetic energy. The applied kinetic energy increases with the speed of the internal combustion engine, because the basic camshaft is usually fixedly coupled to a crankshaft of the internal combustion engine. This still means that the internal combustion engine must be operated at a minimum speed to allow a successful axial displacement of the cam carrier by means of the actuator. However, this is not desirable because it may also be necessary in operating ranges of the internal combustion engine with a lying below the minimum speed for compliance with emission limits and / or to achieve optimal efficiency of the internal combustion engine, the cycle of the gas exchange valves by the axial displacement of the cam carrier influence.
Um beim Durchlaufen des Kreuzungsbereiches zu verhindern, dass der auf der Kulissenbahn mit dem radial höheren Nutgrund verfahrende Betätigungsstift in die Kulissenbahn mit dem radial tieferen Nutgrund einspurt, wird in der
Als nachteilig erweisen sich hierbei allerdings der zusätzliche Herstellungsaufwand zum Einbringen des hinterschnittartigen Profiles in die beiden Kulissenbahnen, sowie die komplementäre Bearbeitung des Betätigungsstiftes.However, this proves to be disadvantageous in this case the additional manufacturing effort for introducing the undercut-like profile in the two slide tracks, as well as the complementary processing of the actuating pin.
Es ist daher Aufgabe der Erfindung, einen Ventiltrieb einer Brennkraftmaschine vorzuschlagen, welcher einfach herzustellen ist und ein zuverlässiges axiales Verschieben des Nockenträgers, insbesondere auch bei geringen Drehzahlen, ermöglicht.It is therefore an object of the invention to provide a valve train of an internal combustion engine, which is easy to manufacture and reliable axial displacement of the cam carrier, especially at low speeds possible.
Diese Aufgabe wird gelöst mit einem Ventiltrieb gemäß den Merkmalen des Patentanspruches 1. Die Unteransprüche betreffen besonders zweckmäßige Weiterbildungen der Erfindung.This object is achieved with a valve train according to the features of
Erfindungsgemäß ist also ein variabler Ventiltrieb für eine Brennkraftmaschine vorgesehen, bei welchem die Kulissenbahn mit dem radial höheren Nutgrund einen sich in Umfangsrichtung der Schiebehülse erstreckenden Neutralbereich ohne Axialhub aufweist und die Kulissenbahn mit dem radial tieferen Nutgrund zumindest abschnittsweise durch diesen Neutralbereich verläuft, wobei der Neutralbereich den Verschiebebereich der beiden Kulissenbahnen jeweils in einen ersten Verschiebeabschnitt und einen zweiten Verschiebeabschnitt unterteilt und dass ein Übergang zwischen dem Neutralbereich und dem mit dem Ausspurbereich verbundenen zweiten Verschiebeabschnitt der Kulissenbahn mit dem radial höheren Nutgrund in Drehrichtung der Schiebehülse hinter einem Übergang zwischen dem Neutralbereich und dem mit dem Ausspurbereich verbundene zweiten Verschiebeabschnitt der Kulissenbahn mit dem radial tieferen Nutgrund angeordnet ist.According to the invention, therefore, a variable valve train for an internal combustion engine is provided in which the slide track with the radially higher groove base extending in the circumferential direction of the sliding sleeve neutral area without Axialhub and the slide track with the radially lower groove bottom at least partially extends through this neutral region, wherein the neutral range the Shifting region of the two slide tracks each divided into a first displacement section and a second displacement section and that a transition between the neutral region and connected to the Ausspurbereich second sliding portion of the slide track with the radially higher groove base in the direction of rotation of the sliding sleeve behind a transition between the neutral region and with the Ausspurbereich connected second shift portion of the slide track is arranged with the radially deeper groove bottom.
Zwecks sprachlicher Vereinfachung wird nachfolgend die Kulissenbahn mit dem radial höheren Nutgrund auch als hohe Kulissenbahn und die Kulissenbahn mit dem radial tieferen Nutgrund auch als tiefe Kulissenbahn bezeichnet.For the purpose of linguistic simplification, the slide track with the radially higher groove bottom is also referred to below as the high guide track and the slide track with the radially lower groove base is also referred to below as the low slide track.
Durch den erfindungsgemäßen Ventiltrieb ist die vorangehend genannte Freiflugphase des in die hohe Kulissenbahn eingekoppelten Betätigungsstiftes für die Funktionsfähigkeit des Ventiltriebes unkritisch, da beim Passieren des Überganges vom Neutralbereich in die tiefe Kulissenbahn keine Axialkräfte von dem Betätigungsstift in die Schiebehülse eingeleitet werden. Der in die hohe Kulissenbahn eingekoppelte Betätigungsstift passiert im Neutralbereich also zunächst den Übergang in den zweiten Verschiebeabschnitt der tiefen Kulissenbahn und erst nachfolgend den Übergang in den zweiten Verschiebeabschnitt der hohen Kulissenbahn und zwar ohne dass durch den Betätigungsstift Kräfte in axialer Richtung in die Schiebehülse eingeleitet werden . Das Passieren des Überganges in die tiefe Kulissenbahn erfolgt somit prozesssicher und insbesondere ohne Kollision mit einer Seitenwand der tiefen Kulissenbahn und zwar ausschließlich durch die über die Drehbewegung der Schiebehülse bzw. der drehfest mit dieser verbundenen Grundnockenwelle. Hierbei besteht keine Abhängigkeit von der Drehzahl der Nockenwelle oder der Massenträgheit des Nockenträgers. Erfindungsgemäß wird also ein Ventiltrieb einer Brennkraftmaschine zur Verfügung gestellt, welcher einfach herzustellen ist und ein zuverlässiges axiales Verschieben des Nockenträgers, insbesondere auch bei geringen Drehzahlen der Brennkraftmaschine, ermöglicht.Due to the valve train according to the invention, the above-mentioned free-flight phase of the coupled into the high slide track actuating pin for the functioning of the valve train is not critical because no axial forces are introduced from the actuating pin in the sliding sleeve when passing the transition from the neutral area in the low slide track. The coupled into the high slide track actuating pin happens in the neutral area so first the transition into the second displacement section of the low slide track and only then the transition to the second displacement section of the high slide track without that by the actuating pin forces in axial direction are introduced into the sliding sleeve. Passing the transition into the deep slide track is thus process reliable and in particular without collision with a side wall of the low slide track and only through the rotational movement of the sliding sleeve or rotatably connected to this base camshaft. There is no dependence on the speed of the camshaft or the inertia of the cam carrier. According to the invention, therefore, a valve drive of an internal combustion engine is provided, which is easy to manufacture and reliable axial displacement of the cam carrier, in particular at low speeds of the internal combustion engine allows.
Die Prozesssicherheit und Funktionsfähigkeit des Ventiltriebes wird auch dadurch verbessert, dass der erste Verschiebeabschnitt und der zweite Verschiebeabschnitt der Kulissenbahnen jeweils den gleichen Axialhub aufweisen.The process reliability and operability of the valve train is also improved by the fact that the first displacement section and the second displacement section of the slide tracks each have the same axial stroke.
Eine andere besonders vorteilhafte Ausgestaltung des erfindungsgemäßen Ventiltriebs wird auch dadurch geschaffen, dass die Kulissenbahn mit dem radial höheren Nutgrund in Drehrichtung der Schiebehülse vor dem Übergang zwischen dem Neutralbereich und dem mit dem Ausspurbereich verbundenen zweiten Verschiebeabschnitt der Kulissenbahn mit dem radial tieferen Nutgrund einen Streckenabschnitt ohne Axialhub aufweist. Nach dem Einkoppeln des Betätigungsstiftes in den Einspurbereich der hohen Kulissenbahn durchläuft dieser den ersten Verschiebeabschnitt, in welchem durch Axialkräfte eine axiale Bewegung in die sich drehende Schiebehülse eingeleitet wird. Der nachfolgende Streckenabschnitt ohne Axialhub bildet eine Art Ruhe- bzw. Beruhigungsbereich für die Schiebehülse und gewährleistet, dass bei Erreichen des Überganges in die tiefe Kulissenbahn die axiale Bewegung abgeschlossen ist und auch keine Axialkräfte von dem Betätigungsstift in die Schiebehülse eingeleitet werden. Der Streckenabschnitt sollte gleich groß oder größer als ein Durchmesser der Betätigungsstiftes sein.Another particularly advantageous embodiment of the valve gear according to the invention is also provided in that the slide track with the radially higher groove bottom in the direction of rotation of the sliding sleeve before the transition between the neutral region and connected to the Ausspurbereich second sliding portion of the slide track with the radially deeper groove bottom a stretch section without Axialhub having. After the coupling of the actuating pin in the Einspurbereich the high slide track this passes through the first displacement section in which axial force is introduced by an axial movement in the rotating sliding sleeve. The following section without Axialhub forms a kind of rest or reassurance for the sliding sleeve and ensures that upon reaching the transition into the deep slide track, the axial movement is completed and no axial forces are introduced from the actuating pin in the sliding sleeve. The section should be equal to or greater than a diameter of the actuating pin.
Eine weitere zweckmäßige Variante zeichnet sich auch dadurch aus, dass ein Abstand zwischen den beiden Übergängen vom Neutralbereich in den jeweiligen zweiten Verschiebeabschnitt der Kulissenbahnen derart ausgebildet ist, dass ein in die Kulissenbahn mit dem radial höheren Nutgrund eingekoppelter Betätigungsstift im Übergang zwischen dem Neutralbereich und dem zweiten Verschiebeabschnitt der Kulissenbahn mit dem radial höheren Nutgrund beidseitig durch Wandabschnitte der hohen Kulissenbahn geführt ist. Hierdurch wird sichergestellt, dass erst nach dem Passieren des Überganges in die tiefe Kulissenbahn wieder Axialkräfte über den Betätigungsstift in die Schiebehülse eingeleitet werden. Erst wenn der Betätigungsstift eine beidseitige Seitenführung durch die Wandabschnitte der hohen Kulissenbahn hat, kann ein Einspuren in die tiefe Kulissenbahn bzw. eine Kollision mit einem Wandabschnitt der tiefen Kulissenbahn im Bereich des Überganges vom Neutralbereich in den zweiten Verschiebeabschnitt der tiefen Kulissenbahn zuverlässig verhindert werden.A further expedient variant is also characterized in that a distance between the two transitions from the neutral region in the respective second displacement section of the slide tracks is formed such that an actuating pin coupled into the slide track with the radially higher groove base in the transition between the neutral region and the second Displacement section of the slide track with the radially higher groove base is guided on both sides by wall sections of the high slide track. This ensures that only after passing the transition into the deep slide track again axial forces are introduced via the actuating pin in the sliding sleeve. Only when the actuating pin has a two-sided lateral guidance through the wall sections of the high slide track, a meshing in the deep slide track or a collision with a wall portion of the low slide track in the region of the transition from the neutral region in the second displacement section of the deep slide track can be reliably prevented.
Weiterhin erweist es sich als besonders vorteilhaft, dass die Kulissenbahn mit dem radial tieferen Nutgrund einen Neutralbereich ohne Axialhub aufweist, welcher zumindest abschnittsweise deckungsgleich mit dem ersten Streckenabschnitt des Neutralbereiches der Kulissenbahn mit dem radial höheren Nutgrund verläuft.Furthermore, it proves to be particularly advantageous that the slide track with the radially lower groove bottom has a neutral range without Axialhub, which extends at least partially congruent with the first stretch of the neutral range of the slide track with the radially higher groove bottom.
Ein weiteres erfindungsgemäßes Merkmal besteht darin, dass eine Rastvorrichtung zur Fixierung des Nockenträgers in den zumindest zwei Axialpositionen und in einer zwischen den Axialpositionen angeordneten Neutralposition vorgesehen ist, wobei der Nockenträger in der Neutralposition fixiert ist, wenn der Betätigungsstift im Neutralbereich der Kulissenbahn mit dem radial höheren Nutgrund eingekoppelt ist. Durch die zusätzliche Verrastung des Nockenträgers bzw. der mit dem Nockenträger wirkverbundenen Schiebehülse in der Neutralposition erfolgt eine vorübergehende Fixierung der Schiebehülse bzw. des Nockenträgers und zwar während der Betätigungsstift durch den Neutralbereich geführt wird. Hierbei erfolgt die Fixierung bzw. Verrastung in der Neutralposition sobald der Betätigungsstift den Übergang zwischen dem ersten Verschiebeabschnitt der hohen Kulissenbahn und dem Neutralbereich erreicht hat. Die Verrastung bleibt solange bestehen bis der Betätigungsstift den gesamten Neutralbereich der hohen Kulissenbahn durchlaufen hat und wird erst nach dem Erreichen des Überganges in den zweiten Verschiebabschnitt der hohen Kulissenbahn wieder gelöst. Die Verrastung bildet also beim Durchlaufen des Überganges vom Neutralbereich in die tiefe Kulissenbahn eine zusätzliche Zwangsführung des Betätigungsstiftes, welcher in diesem Bereich keine beidseitige Seitenführung durch die Wandabschnitte der hohen Kulissenbahn hat. Hierdurch wird der Betätigungsstift auch bei der Einleitung von betriebsbedingten Axialkräften, insbesondere durch aus dem Betrieb der Brennkraftmaschine resultierende Vibrationen und Erschütterungen, prozesssicher geführt und ein zuverlässiges axiales Verschieben des Nockenträgers gewährleistet.Another feature of the invention is that a locking device is provided for fixing the cam carrier in the at least two axial positions and in a neutral position between the axial positions, wherein the cam carrier is fixed in the neutral position when the actuating pin in the neutral region of the slide track with the radially higher Nutgrund is coupled. Due to the additional latching of the cam carrier or of the cam carrier actively connected to the sliding sleeve in the neutral position, a temporary fixation of the sliding sleeve or of the cam carrier takes place, namely while the actuating pin is guided through the neutral range. Here, the fixation or locking in the neutral position takes place as soon as the actuating pin has reached the transition between the first displacement section of the high slide track and the neutral range. The latching remains in effect until the actuating pin has passed through the entire neutral range of the high slide track and is released again only after reaching the transition to the second shift section of the high slide track. The latch thus forms when passing through the transition from the neutral area in the low slide track an additional forced operation of the actuating pin, which has no two-sided lateral guidance through the wall sections of the high slide track in this area. As a result, the actuating pin is also reliably guided in the initiation of operational axial forces, in particular by resulting from the operation of the internal combustion engine vibrations and vibrations, and ensures a reliable axial displacement of the cam carrier.
Eine besonders vorteilhafte Ausgestaltung sieht vor, dass die Rastvorrichtung zumindest ein in einer Radialbohrung in der Grundnockenwelle verschieblich gelagertes Rastelement und am Innenumfang der Schiebehülse oder dem Nockenträger axial nebeneinander angeordnete Rastvertiefungen für die beiden Axialpositionen und für die Neutralposition des Nockenträgers umfasst, wobei das Rastelement in den beiden Axialpositionen und in der Neutralposition jeweils in eine einzige der Rastvertiefungen eingerastet ist. Das Rastelement weist zumindest einen mit einem Federmittel in radial auswärtiger Richtung kraftbeaufschlagten Rastkörper auf, welcher je nach axialer Position der Schiebehülse bzw. des Nockenträgers in die entsprechende als umlaufende Nut ausgebildete Rastvertiefung einrastet und die Schiebehülse bzw. den Nockenträger in den beiden Axialpositionen oder der Neutralposition fixiert. Die Radialbohrung kann als Sackbohrung ausgebildet sein, welche das Federmittel aufnimmt und in welcher sich das Federmittel abstützt. Alternativ können auch zwei diametral gegenüberliegende, das Federmittel zwischen sich aufnehmende Rastkörper in einer als Durchgangsbohrung ausgebildeten Radialbohrung vorgesehen sein. Hierdurch wird ein Verkanten der Schiebehülse bzw. des Nockenträgers beim axialen Verschieben verhindert.A particularly advantageous embodiment provides that the latching device at least one latching element displaceably mounted in a radial bore in the base camshaft and on the inner circumference of the sliding sleeve or the cam carrier axially adjacent latching recesses for the two axial positions and for the neutral position the cam carrier comprises, wherein the locking element is locked in the two axial positions and in the neutral position in each case in a single of the locking recesses. The latching element has at least one force-loaded with a spring means in radially outward direction locking body, which engages depending on the axial position of the sliding sleeve or the cam carrier in the corresponding formed as a circumferential groove detent recess and the sliding sleeve or the cam carrier in the two axial positions or the neutral position fixed. The radial bore may be formed as a blind bore which receives the spring means and in which the spring means is supported. Alternatively, two diametrically opposite, the spring means between them receiving locking body may be provided in a formed as a through hole radial bore. As a result, tilting of the sliding sleeve or the cam carrier is prevented during axial displacement.
Eine hinsichtlich des Verschleißes der Rastelemente optimierte Ausgestaltung der Rastvorrichtung wird auch dadurch geschaffen dass für die Fixierung des Nockenträgers in den beiden Axialpositionen und für die Fixierung des Nockenträgers in der Neutralposition jeweils ein in einer Radialbohrung der Grundnockenwelle verschieblich gelagertes Rastelement vorgesehen ist, wobei in den beiden Axialpositionen und in der Neutralposition jeweils nur ein Rastelement in die jeweilig zugeordnete Rastvertiefung eingerastet ist. Die Rastvorrichtung weist also insgesamt drei Rastelemente auf, sodass sich der Verschleiß an den Rastelementen aufgrund der reduzierten Anzahl von Rastvorgängen je Rastelement erheblich verringert. Außerdem wird durch die Verwendung von drei Rastelementen eine stabile Seitenführung und eine optimale Einstellung des Verschiebeweges und des Abstandes zwischen den Axialpositionen und der Neutralposition der Schiebehülse bzw. des Nockenträgers ermöglicht.One with regard to the wear of the locking elements optimized design of the locking device is also provided that for fixing the cam carrier in the two axial positions and for fixing the cam carrier in the neutral position in each case a slidably mounted in a radial bore of the base cam locking element is provided, wherein in the two Axial positions and in the neutral position in each case only one locking element is engaged in the respective associated detent recess. The locking device thus has a total of three locking elements, so that the wear on the locking elements significantly reduced due to the reduced number of locking operations per locking element. In addition, a stable side guide and an optimal adjustment of the displacement and the distance between the axial positions and the neutral position of the sliding sleeve and the cam carrier is made possible by the use of three locking elements.
Eine weitere diesbezügliche Optimierung wird dadurch erreicht, dass ein axialer Abstand zwischen den axial benachbarten Rastvertiefungen identisch ist und dass ein axialer Abstand zwischen den axial nebeneinander angeordneten Rastelementen identisch ist, wobei der axiale Abstand zwischen den Rastvertiefungen geringer ist als der axiale Abstand zwischen den Rastelementen. Hierdurch wird auch gewährleistet, dass die Rastvertiefungen und dadurch auch die Schiebehülse nur einen geringen axialen Bauraumbedarf aufweist.A further optimization in this regard is achieved in that an axial distance between the axially adjacent latching recesses is identical and that an axial distance between the axially adjacent latching elements is identical, wherein the axial distance between the latching recesses is less than the axial distance between the latching elements. This also ensures that the locking recesses and thus also the sliding sleeve has only a small axial space requirement.
Die Funktionsfähigkeit der Rastvorrichtung wird auch dadurch gewährleistet, dass der axiale Abstand zwischen den axial benachbarten Rastvertiefungen derart ausgebildet ist, dass eine Wandfläche der Schiebehülse oder des Nockenträgers zwischen den Rastvertiefungen eine Anlagefläche für ein mittleres Rastelement bilden, wenn der Nockenträger in einer der beiden Axialpositionen fixiert ist. Hierbei sollte der Abstand so gewählt sein, dass ein unbeabsichtigtes Einrasten des mittleren Rastelementes in die entsprechende Rastvertiefung, insbesondere wenn bereits ein anderes Rastelement in eine der anderen Rastvertiefungen eingerastet ist, ausgeschlossen wird. Hierdurch kann eine Verkantung zwischen der Grundnockenwelle und der Schiebehülse verhindert und die Funktionsfähigkeit des Ventiltriebes und der Brennkraftmaschine gewährleistet werden.The functionality of the locking device is also ensured by the fact that the axial distance between the axially adjacent locking recesses is formed such that a wall surface of the sliding sleeve or the cam carrier between the locking recesses form a contact surface for a central locking element when the cam carrier fixed in one of the two axial positions is. In this case, the distance should be selected so that an unintentional engagement of the central locking element in the corresponding locking recess, especially if already another locking element is engaged in one of the other locking recesses, is excluded. As a result, canting between the base camshaft and the sliding sleeve is prevented and the operability of the valve train and the internal combustion engine can be ensured.
Um die Schiebehülse mittels eines einzigen Betätigungsstiftes in zwei verschiedene Richtungen zu verschieben, ist ein Aktuator vorgesehen, mittels welchem der Betätigungsstift temporär von einer Parkstellung in zwei definierte Ausfahrstellungen mit unterschiedlicher Ausfahrtiefe verfahr- und arretierbar ist, wobei der in der ersten Ausfahrstellung arretierte Betätigungsstift in die Kulissenbahn mit dem radial höheren Nutgrund und der in der zweiten Ausfahrstellung arretierte Betätigungsstift in die Kulissenbahn mit dem radial tieferen Nutgrund einkoppelbar ist.To move the sliding sleeve by means of a single actuating pin in two different directions, an actuator is provided by means of which the actuating pin is temporarily moved and locked from a parking position in two defined extended positions with different depths of departure, the locked in the first extended position actuating pin in the Sliding track with the radially higher groove bottom and locked in the second extended position actuating pin can be coupled into the slide track with the radially deeper groove bottom.
Außerdem betrifft die Erfindung eine Brennkraftmaschine mit einem vorangehend beschriebenen erfindungsgemäßen variablen Ventiltrieb.Moreover, the invention relates to an internal combustion engine with a variable valve drive according to the invention described above.
Der erfindungsgemäße Ventiltrieb für eine Brennkraftmaschine ist also einfach herzustellen und ermöglicht ein zuverlässiges axiales Verschieben des Nockenträgers, insbesondere auch bei geringen Drehzahlen der Brennkraftmaschine. Darüber hinaus ergibt sich eine Kosten- und Gewichtseinsparung, sowie ein Packagevorteil gegenüber den im Stand der Technik bekannten Ventiltrieben für Brennkraftmaschinen.The valve train according to the invention for an internal combustion engine is thus easy to manufacture and enables a reliable axial displacement of the cam carrier, in particular even at low rotational speeds of the internal combustion engine. In addition, there is a cost and weight savings, as well as a package advantage over the known in the art valve trains for internal combustion engines.
Die Erfindung lässt zahlreiche Ausführungsformen zu. Zur weiteren Verdeutlichung ihres Grundprinzips ist eine davon in der Zeichnung dargestellt und wird nachfolgend beschrieben. Diese zeigt in
-
1 einen Längsschnitt eines Bereiches einer Brennkraftmaschine, nämlich einer auf einer Grundnockenwelle angeordneten Schiebehülse eines variablen Ventiltriebes; -
2 eine perspektivische Darstellung der Schiebehülse aus1 ohne die Grundnockenwelle; -
3 eine schematische Abwicklung der in1 und 2 dargestellten Schiebhülse; -
4 eine schematische Abwicklung einer Schiebehülse in einer zweiten Ausführungsform; -
5 eine schematische Abwicklung einer Schiebehülse in einer dritten Ausführungsform; -
6 eine schematische Abwicklung einer Schiebehülse in einer vierten Ausführungsform; -
7 eine Schnittdarstellung der in einer ersten Axialposition fixierten Schiebhülse; -
8 eine Schnittdarstellung der in einer Neutralposition fixierten Schiebhülse; -
9 eine Schnittdarstellung der in einer zweiten Axialposition fixierten Schiebhülse; -
10 einen Aktuator mit einem in einer Parkstellung angeordneten Betätigungsstift ; -
11 den Aktuator mit einem in einer ersten Ausfahrstellung angeordneten Betätigungsstift; -
12 den Aktuator mit einem in einer zweiten Ausfahrstellung angeordneten Betätigungsstift.
-
1 a longitudinal section of a portion of an internal combustion engine, namely a arranged on a base camshaft sliding sleeve of a variable valve train; -
2 a perspective view of the slidingsleeve 1 without the basic camshaft; -
3 a schematic development of in1 and2 illustrated sliding sleeve; -
4 a schematic development of a sliding sleeve in a second embodiment; -
5 a schematic development of a sliding sleeve in a third embodiment; -
6 a schematic development of a sliding sleeve in a fourth embodiment; -
7 a sectional view of the fixed in a first axial position sliding sleeve; -
8th a sectional view of the fixed in a neutral position sliding sleeve; -
9 a sectional view of the fixed in a second axial position sliding sleeve; -
10 an actuator with an actuating pin arranged in a parking position; -
11 the actuator with an actuating pin arranged in a first extended position; -
12 the actuator with a arranged in a second extended position actuating pin.
Für das axiale Verschieben der Schiebehülse
Wie in
Nachfolgend wird anhand der
Um sicher zu verhindern, dass der in der hohen Kulissenbahn
Die hohe Kulissenbahn
Die beiden Übergängen
Wie in
Um dem Nockenträger bzw. die mit dem Nockenträger verbunden Schiebehülse
Die Rastvorrichtung
Um mit einem einzigen Betätigungsstift
Der Aktuator
Bei einer Aktivierung der schaltbaren Magneteinrichtung
Zur Überführung des Betätigungsstiftes
Wenn die Anschlagplatte
Bei einer Deaktivierung der Magneteinrichtung
BezugszeichenlisteLIST OF REFERENCE NUMBERS
- 11
- BrennkraftmaschineInternal combustion engine
- 22
- Ventiltriebvalve train
- 33
- Schiebehülsesliding sleeve
- 44
- Grundnockenwellebase camshaft
- 55
- Drehrichtung direction of rotation
- 66
- Drehachseaxis of rotation
- 77
- Aktuatoractuator
- 88th
- Betätigungsstiftactuating pin
- 99
- tiefe Kulissenbahndeep slide track
- 1010
- hohe Kulissenbahn high slide track
- 1111
- Führungswandguide wall
- 1212
- EinspurbereichEinspurbereich
- 1313
- EinspurbereichEinspurbereich
- 1414
- AuspurbereichAuspurbereich
- 1515
- Auspurbereich Auspurbereich
- 1616
- Neutralbereichneutral range
- 1717
- Neutralbereichneutral range
- 1818
- erster Verschiebeabschnittfirst displacement section
- 1919
- erster Verschiebeabschnittfirst displacement section
- 2020
- zweiter Verschiebeabschnitt second displacement section
- 2121
- zweiter Verschiebeabschnittsecond displacement section
- 2222
- Übergangcrossing
- 2323
- Übergangcrossing
- 2424
- Streckenabschnittstretch
- 2525
- Rastvorrichtunglocking device
- 2626
- Radialbohrungradial bore
- 2727
- Federfeather
- 2828
- Rastelementelocking elements
- 2929
- Rastvertiefunglatching depression
- 3030
- Abstand distance
- 3131
- Abstanddistance
- 3232
- Basisplattebaseplate
- 3333
- Zugfedermainspring
- 3434
- Anschlagattack
- 3535
- Magneteinrichtung magnetic device
- 3636
- Anschlagplattestop plate
- 3737
- Magneteinrichtungmagnetic device
- 3838
- Druckfedercompression spring
ZITATE ENTHALTEN IN DER BESCHREIBUNG QUOTES INCLUDE IN THE DESCRIPTION
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Zitierte PatentliteraturCited patent literature
- DE 102009053116 A1 [0007, 0009]DE 102009053116 A1 [0007, 0009]
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-
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