DE102016200424A1

DE102016200424A1 - Variabler Ventiltrieb

Info

Publication number: DE102016200424A1
Application number: DE102016200424.7A
Authority: DE
Inventors: Claudia Zielinski; Harald Elendt
Original assignee: Schaeffler Technologies AG and Co KG
Current assignee: Schaeffler Technologies AG and Co KG
Priority date: 2016-01-15
Filing date: 2016-01-15
Publication date: 2017-07-20
Also published as: EP3402965A1; WO2017121420A1

Abstract

Vorgeschlagen ist ein variabler Ventiltrieb (1) für einen DOHC-Einzylindermotor, mit einer axial im Ganzen verschiebbaren Nockenwelle (2), auf der zumindest eine Nockengruppe (3) mit wenigstens einem Groß- und einem Kleinhubnocken (4, 5) und ein hieran angeschlossenes Nutstück (6) fest sitzen, das mit einem Verschiebenutprofil (7) für einen Eingriff eines Aktorstiftes (8) eines Schaltaktors (9) zur Verschiebung der Nockenwelle (2) versehen ist, wobei diese auf ihrem Mantelbereich (10) bei einer Endstirn (11) von einem Antriebsrad (12) für ein Endloszugmittel umfasst ist, das fest auf einer den Mantelbereich (10) der Nockenwelle (2) umgreifenden Zwischenhülse (13) sitzt, die axial fixiert, jedoch drehbar zumindest mittelbar auf einer Lagerschale (14) einer Abstützung (15) eines Zylinderkopf (16) verläuft, so, dass für die Nockenwelle (2) eine erste Lagerstelle (17) gebildet ist, wobei die Nockenwelle (2) teleskopartig beweglich in einer Bohrung (18) der Zwischenhülse (13) aufgenommen ist und hierzwischen Mitnehmermittel (19) in Umfangsrichtung vorgesehen sind und wobei gleichzeitig zwischen der Zwischenhülse (13) und der Nockenwelle (2) Rastmittel (20) zur Fixierung der Verschiebepositionen der Nockenwelle (2) appliziert sind.

Description

Die Erfindung betrifft einen variablen Ventiltrieb für eine Brennkraftmaschine, mit wenigstens einer Nockenwelle, auf der zumindest eine Nockengruppe mit zumindest einem Groß- und einem Kleinhubnocken und ein hieran angeschlossenes Nutstück sitzen, das mit einem Verschiebenutprofil für einen Eingriff eines Aktorstiftes eines Schaltaktors versehen ist, wobei die Nockenwelle auf ihrem Mantelbereich bei einer Endstirn von einem Antriebsrad für ein Endloszugmittel umfasst ist.
Ein variabler Ventiltrieb, System „Schiebenocken“, hier zur Zylinderdeaktivierung, geht aus dem Beileger „Technik Profi", Ausgabe 24/2011, der Zeitschrift „AMS" hervor. Jedem Gaswechselventil ist eine Nockengruppe mit einem seitlich angeschlossenen Nutstück mit Verschiebenutprofil zugeordnet. Wesentlicher Nachteil ist, dass der Ventiltrieb axial vergleichsweise breit baut, da zwischen den Nutstücken jedes Gaswechselventils noch eine Lagerstelle auf einem Zylinderkopfsteg vorliegt.
Aufgabe ist es, einen simplen sowie axial bauraumsparenden variablen Ventiltrieb zu entwickeln.
Erfindungsgemäß wird diese Aufgabe dadurch gelöst, dass der variable Ventiltrieb für einen DOHC-Einzylindermotor vorgesehen ist, wobei die Nockenwelle durch Aktorstifteingriff in das Verschiebenutprofil axial im Ganzen verschiebbar ist (was ein wesentliches Merkmal der Erfindung darstellt), wobei die wenigstens eine Nockengruppe und das hieran angeschlossene Nutstück fest auf der Nockenwelle sitzen, wobei das Antriebsrad fest auf einer den Mantelbereich der Nockenwelle umgreifenden Zwischenhülse sitzt, die axial fixiert, jedoch drehbar zumindest mittelbar auf einer Lagerschale einer Abstützung eines Zylinderkopf verläuft, so, dass für die Nockenwelle eine erste Lagerstelle gebildet ist, wobei die Nockenwelle teleskopartig beweglich in einer Bohrung der Zwischenhülse aufgenommen ist und hierzwischen Mitnehmermittel in Umfangsrichtung vorgesehen sind, wobei gleichzeitig zwischen der Zwischenhülse und der Nockenwelle Rastmittel zur Fixierung der Verschiebepositionen der Nockenwelle appliziert sind und wobei lediglich eine zweite Lagerstelle für die Nockenwelle vorgesehen ist, welche als Gleitlager vorliegt, das zwischen einem Außenmantel des Nutstücks und einer Lagerschale einer weiteren Abstützung des Zylinderkopf dargestellt ist.
Somit liegt ein einfach aufgebauter, axial schmal bauender variabler Ventiltrieb für einen DOHC-Einzylindermotor mit lediglich zwei Lagerstellen für einen Ketten- oder Zahnriemenprimärtrieb vor. Da die Nockenwelle hierbei einen lediglich kurzen Abschnitt darstellt, halten sich deren Verschiebekräfte in Grenzen. Vorzugsweise soll der Ventiltrieb in Zylinderköpfe von Motorrad- oder Kleinkraftradmotoren, auch low-cost-Varianten, implementiert werden, ohne dass es hierbei zu aufwändigen Änderungen an deren Grunddesign kommt.
Denkbar und vorgesehen ist es, die Einlassseite des Ventiltriebs variabel zu gestalten. Denkbar und vorgesehen ist jedoch auch eine Applikation auslassseitig oder an beiden Nockenwellen. Klar ist, dass der vorgeschlagene variable Ventiltrieb an Designs mit lediglich einem Einlass- oder Auslassventil appliziert werden kann oder dass über eine Nockengruppe zwei darunter liegende Gaswechselventile über ein Brückenelement beaufschlagt sind.
Ggf. kann der erfindungsgemäße Ventiltrieb auch bei Brennkraftmaschinen mit einer Zylinderzahl >1 eingesetzt werden. Hierbei müsste vorzugsweise jeder Zylinder ein „eigenes“ Nockenwellenstück erhalten.
Gemäß einer zweckmäßigen Fortbildung der Erfindung sollen die Mitnehmermittel zwischen der Zwischenhülse und der Nockenwelle aus miteinander in Eingriff befindlichen Verzahnungsprofilen bestehen. Zur Vereinfachung der Fertigung ist es vorgeschlagen, das Verzahnungsprofil auf der Nockenwelle durchgehend zu fertigen und die Nockengruppen und das Nutstück auf dem Profil bspw. zu verpressen.
In Konkretisierung ist es vorgesehen, die Nockenwelle einteilig mit der wenigstens einen Nockengruppe und dem Nutstück zu fertigen. Dies kann bspw. durch Schmieden oder Gießen erfolgen. Somit werden Handlings- und Montagekosten gespart.
Das Gleitlager, welches das Nutstück aufnimmt, wird erfindungsgemäß durch eine separate Oberschale komplettiert, welche Bestandteil eines mit dem Zylinderkopf bspw. verschraubten Querbügels ist. Das Nutprofil des Nutstücks, bspw. eine DS-Nut, soll in beiden axialen Endlagen der Nockenwelle nicht aus dem Gleitlager ragen, so dass es zu keinem Schmiermittelverlust kommt. Das Nutprofil kann hierbei auch als Schmiermittelreservoir dienen.
Des weiteren ist es Gegenstand eines Unteranspruchs, dass als Schaltaktor ein elektromagnetischer Stellaktor vorgesehen ist. Alternativ können auch eine hydraulische Beaufschlagung des Eingriffspins oder ein Spindeltrieb o. dgl. vorgesehen sein. Der Aktor wird der Einfachheit halber mit einer Längswand des Zylinderkopfes verschraubt und kann ggf. daran vormontiert geliefert werden.
Zur Fixierung der beiden Endlagen der Nockenwelle in der Zwischenhülse, wobei bei drei unterschiedlichen Nocken je Nockengruppe eine Zwischenlage vorzusehen ist, sind federbelastete Kugelrastmittel hierzwischen vorgeschlagen. Aufgrund des beengten Bauraums werden die in Aussparungen der Zwischenhülse umfangsverteilt sitzenden Rastkugel (zumindest zwei), welche im Rastfall in eine Ringnut einer Bohrung der Nockenwelle eingreifen, über einen Keil ausgedrückt, welcher in einer zentrischen Bohrung der Nockenwelle, axial durch ein Feder in deren Richtung vorgespannt, agiert.
Die Erfindung geht aus der Zeichnung hervor. Es zeigen:
1 einen Längsschnitt durch den Ventiltrieb;
2 eine räumliche Ansicht auf den Ventiltrieb und
3 eine Ansicht wie vorgenannt, jedoch mit „geschlossenem“ Gleitlager.
Dargestellt ist ein variabler Ventiltrieb 1, System „Schiebenockenwelle“, für einen DOHC-Einzylinder-4V-Kraftradmotor, mit wenigstens einer axial im Ganzen verschiebbaren Nockenwelle 2, die hier als Einlassnockenwelle vorliegt. Die Nockenwelle 2 hat zwei auf dieser fest montierte Nockengruppen 3, 30 mit je wenigstens einem Groß- und einem Kleinhubnocken 4, 5 und 31, 32. Die Nockengruppen 3, 30 und fassen ein ebenfalls nockenwellenfestes Nutstück 6 mit einem Verschiebenutprofil 7 (DS-Nut) für einen Eingriff eines Aktorstiftes 8 eines elektromagnetischen Schaltaktors 9 zur Verschiebung der Nockenwelle 2 ein, der in 2 außer Eingriff gezeichnet ist. Das Nutstück 6 und die Nockengruppen 3, 30 sind auf der Nockenwelle 2 verpresst.
Zu erkennen ist, dass die Nockenwelle 2 auf ihrem Mantelbereich 10 bei einer hier links dargestellten Endstirn 11 von einem Antriebsrad 12 für eine Kette umfasst ist. Letztgenanntes ist auf einer den Mantelbereich 10 der Nockenwelle 2 hierbei umgreifenden Zwischenhülse 13 befestigt, die axial eingespannt, jedoch drehbar ist. Eine Lagerschale 14 einer als Steg des Zylinderkopfes 16 ausgebildeten Abstützung 15 hat hierfür ein Wälzlager 34. Somit ist für die Nockenwelle 2 eine erste Lagerstelle 17 gebildet.
Nicht gezeigt ist ein zylinderkopfferner Bereich der ersten Lagerstelle 17. Das Gegenstück kann hierbei bspw. gleich als in einen Zylinderkopfdeckel, einen Rahmen o. dgl. integriert vorliegen.
Aus 1 ist entnehmbar, dass die Nockenwelle 2 in einer Bohrung 18 der axial festen Zwischenhülse 13 teleskopartig beweglich aufgenommen ist. Für das vom Antriebsrad 12 auf die Nockenwelle 2 zu übertragende Drehmoment sind in Umfangsrichtung wirkende Mitnehmermittel 19 zwischen der Zwischenhülse 13 und der von dieser umfassten Nockenwelle 2 appliziert. Diese bestehen, wie in 1 bezeichnet und erkennbar, aus miteinander kämmenden Geradverzahnungen 21, 22 auf dem Mantelbereich 10 der Nockenwelle 2 und der Bohrung 18 der Zwischenhülse 13.
Zur Fixierung der beiden Verschiebepositionen der Nockenwelle 2, wobei in 1 deren Verlagerung über die Großhubnocken 4, 31 gezeigt ist, dienen zwischen der Zwischenhülse 13 und der Nockenwelle 2 angeordnete Rastmittel 20. Genauer gesagt, liegen diese als radial vorgespannte Kugeln vor, welche einerseits in Fenstern 35 der Zwischenhülse 13 und andererseits im Rastfall in einer komplementären Ringnut 36 der Bohrung 18 der Zwischenhülse 13 verlaufen. Die weitere, hier rechte Verschiebeposition der Nockenwelle 2 (Kleinhubnockenaktivierung) wird durch Eingriff der Kugeln in die weitere Ringnut 37 der Zwischenhülse 13 gewährleistet.
Die radiale Vorspannung der Kugeln des Rastmittels 20 erfolgt über ein in der Nockenwelle 2 angeordnetes und über eine Feder 39 in deren Richtung beaufschlagtes Keilstück 38.
Hervorzuheben ist, dass für die Nockenwelle 2 lediglich eine zweite Lagerstelle 24 vorgesehen ist. Diese liegt als Gleitlager vor. Letztgenanntes ist zwischen einem Außenmantel 25 des Nutstücks 6 und einer Lagerschale 26 einer weiteren Abstützung 27 (Zylinderkopfsteg) des Zylinderkopf 16 dargestellt. Das Nutstück 6 hat somit eine Doppelfunktion.
Ein oberer, zylinderkopfferner Teil des Gleitlagers 24 ist durch einen aus 3 hervorgehenden Querbügel 28 mit Innenschale 29 geschaffen. Der Querbügel 28 ist mit dem Zylinderkopf 16 verschraubt. Ggf. kann die Innenschale 29, wie zuvor genannt, auch integraler Bestandteil des Zylinderkopfdeckels o. dgl. sein. Das Verschiebenutprofil 7 des Nutstücks 6 ragt in keiner der Endpositionen der Nockenwelle 2 aus dem Gleitlager 24.
Die Verlagerung der Nockenwelle 2 mit hierauf fest sitzenden Nockengruppen 3, 30 und dem festen Nutstück 6 durch Aktorpineingriff erfolgt analog zu der Verlagerung der Nockenstücke bei den hinreichend bekannten Schiebenockensystemen und muss an dieser Stelle nicht näher erläutert werden.
Bezugszeichenliste

1: Ventiltrieb
2: Nockenwelle
3: Nockengruppe
4: Großhubnocken
5: Kleinhubnocken
6: Nutstück
7: Verschiebenutprofil
8: Aktorstift
9: Schaltaktor
10: Mantelbereich
11: Endstirn
12: Antriebsrad
13: Zwischenhülse
14: Lagerschale
15: Abstützung
16: Zylinderkopf
17: erste Lagerstelle
18: Bohrung
19: Mitnehmermittel
20: Rastmittel
21: Geradverzahnung
22: Geradverzahnung
23: Endstirn
24: zweite Lagerstelle, Gleitlager
25: Außenmantel
26: Lagerschale
27: Abstützung
28: Querbügel
29: Innenschale
30: Nockengruppe
31: Großhubnocken
32: Kleinhubnocken
33: Längswand
34: Wälzlager
35: Fenster
36: Ringnut
37: Ringnut
38: Keilstück
39: Feder

ZITATE ENTHALTEN IN DER BESCHREIBUNG
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Zitierte Nicht-Patentliteratur

„Technik Profi“, Ausgabe 24/2011, der Zeitschrift „AMS“ [0002]

Claims

Variabler Ventiltrieb (1) für einen DOHC-Einzylindermotor, mit wenigstens einer axial im Ganzen verschiebbaren Nockenwelle (2), auf der zumindest eine Nockengruppe (3) mit wenigstens einem Groß- und einem Kleinhubnocken (4, 5) und ein hieran angeschlossenes Nutstück (6) fest sitzen, das mit einem Verschiebenutprofil (7) für einen Eingriff eines Aktorstiftes (8) eines Schaltaktors (9) zur Verschiebung der Nockenwelle (2) versehen ist, wobei die Nockenwelle (2) auf ihrem Mantelbereich (10) bei einer Endstirn (11) von einem Antriebsrad (12) für ein Endloszugmittel umfasst ist, das fest auf einer den Mantelbereich (10) der Nockenwelle (2) umgreifenden Zwischenhülse (13) sitzt, die axial fixiert, jedoch drehbar zumindest mittelbar auf einer Lagerschale (14) einer Abstützung (15) eines Zylinderkopf (16) verläuft, so, dass für die Nockenwelle (2) eine erste Lagerstelle (17) gebildet ist, wobei die Nockenwelle (2) teleskopartig beweglich in einer Bohrung (18) der Zwischenhülse (13) aufgenommen ist und hierzwischen Mitnehmermittel (19) in Umfangsrichtung vorgesehen sind, wobei gleichzeitig zwischen der Zwischenhülse (13) und der Nockenwelle (2) Rastmittel (20) zur Fixierung der Verschiebepositionen der Nockenwelle (2) appliziert sind und wobei lediglich eine zweite Lagerstelle (24) für die Nockenwelle (2) vorgesehen ist, welche als Gleitlager vorliegt, das zwischen einem Außenmantel (25) des Nutstücks (6) und einer Lagerschale (26) einer weiteren Abstützung (27) des Zylinderkopf (16) dargestellt ist.
Ventiltrieb nach Anspruch 1, wobei zur Darstellung der Mitnehmermittel (19) die Nockenwelle (2) auf ihrem Mantelbereich (10) bei der einen Endstirn (11) eine Geradverzahnung (21) hat, welche mit einer Geradverzahnung (22) der Bohrung (18) der Zwischenhülse (13) kämmt.
Ventiltrieb nach Anspruch 2, wobei die Geradverzahnung (22) der Nockenwelle (2) sich über deren komplette Länge von der einen bis zur anderen Endstirn (11, 23) erstreckt und die wenigstens eine Nockengruppe (3) und das Nutstück (6) auf der Geradverzahnung (22) über Presssitz, eine Verschweißung oder eine formschlüssige Verbindung befestigt sind.
Ventiltrieb nach Anspruch 1, wobei das Gleitlager (24) in zylinderkopfferne Richtung durch einen Querbügel (28) mit Innenschale (29) für einen Gleitkontakt mit dem Nutstück (6) vervollständigt ist, welcher Querbügel (28) mit dem Zylinderkopf (16) lösbar verbunden ist.
Ventiltrieb nach Anspruch 1, wobei das Gleitlager (24) derartig breit vorliegt, dass das Verschiebenutprofil (7) des Nutstücks (6) in den axialen Endpositionen der Nockenwelle (2) nicht frei läuft.
Ventiltrieb nach Anspruch 1, wobei genau zwei Nockengruppen (3, 30) vorgesehen sind, welche das Nutstück (6) einfassen.
Ventiltrieb nach Anspruch 1, wobei als Schaltaktor (9) ein elektromagnetischer Aktor vorgesehen ist, welcher an einer Längwand (33) des Zylinderkopfes (16) befestigt ist.
Ventiltrieb nach Anspruch 1, wobei das Antriebsrad (12) ein Ketten- oder Riemenrad ist.
Ventiltrieb nach Anspruch 1, wobei die Rastmittel (20) als radial zumindest mittelbar federvorgespannte Kugelrastmittel vorliegen.