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Die vorliegende Erfindung betrifft einen Ventiltrieb für eine Brennkraftmaschine gemäß dem Oberbegriff des Anspruchs 1. Die Erfindung betrifft außerdem eine Brennkraftmaschine mit einem solchen Ventiltrieb.
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Aus der
DE 199 45 340 A1 ist ein gattungsgemäßer Ventiltrieb für eine Brennkraftmaschine mit einer Nockenwelle und einem Nockenfolger bekannt, wobei auf der Nockenwelle drehfest ein erster sowie ein axial dazu benachbarter zweiter Nocken angeordnet sind. Dabei besitzt die Nockenwelle mechanische Mittel zur Zwangsverlagerung von Schaltmitteln, die einerseits mit Anlaufmitteln für die Nockengruppe starr verbunden sind und andererseits Eingriffsmittel für die Nockengruppe aufweisen. Diese Eingriffsmittel, auch Eingriffselemente genannt, sind wahlweise mit den Mitteln zur Zwangsverlagerung in Eingriff bringbar. Daraus soll sich insbesondere der Vorteil ergeben, dass das Anlaufmittel zwangsweise von einer Schaltposition in die andere geführt wird. Die ansonsten bei einer hydraulischen Schaltung zu verzeichnenden Nachteile, wie bspw. eine Schaltzeitverzögerung, sollen hierdurch ausgeschlossen werden können.
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Nachteilig bei dem aus dem Stand der Technik bekannten Ventiltrieb ist jedoch das Vorsehen und Vorhandensein müssen einer vergleichsweise aufwendigen Schaltkulisse mit einer nockenwellenseitigen Kulissenführung, in welche zur Verstellung des Nockenfolgers das Eingriffselement bzw. das Eingriffsmittel eingreifen muss. Neben der vergleichsweise aufwendigen Kulissenführung ist zudem auch das Vorsehen einer vergleichsweise aufwendigen Verstelleinrichtung erforderlich.
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Die vorliegende Erfindung beschäftigt sich daher mit dem Problem, für einen Ventiltrieb der gattungsgemäßen Art eine verbesserte oder zumindest eine alternative Ausführungsform anzugeben, die insbesondere konstruktiv deutlich einfacher aufgebaut ist.
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Dieses Problem wird erfindungsgemäß durch den Gegenstand des unabhängigen Anspruchs 1 gelöst. Vorteilhafte Ausführungsformen sind Gegenstand der abhängigen Ansprüche.
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Die vorliegende Erfindung beruht auf dem allgemeinen Gedanken, zur Verstellung eines Nockenfolgers nicht wie bislang eine aufwendige Kulissenführung sowie damit zusammenwirkende Eingriffselemente bzw. Eingriffsmittel zu verwenden, sondern den Nockenfolger oder zumindest einen Teil davon mittels eines Elektromagneten zu verstellen, wodurch auf die bislang erforderliche Kulissenführung und die Eingriffselemente komplett verzichtet werden kann und nicht nur ein schnelles Schalten ermöglicht wird, sondern zudem auch eine äußerst kostengünstige, da konstruktiv einfache, Verstelleinrichtung angeboten werden kann. Der erfindungsgemäße Ventiltrieb für eine Brennkraftmaschine besitzt dabei in bekannter Weise eine Nockenwelle sowie den zuvor erwähnten Nockenfolger, wobei auf der Nockenwelle drehfest ein erster Nocken und axial benachbart zu diesem ersten Nocken drehfest ein zweiter Nocken angeordnet sind. Selbstverständlich können auch noch weitere Nocken vorgesehen sein. Der Nockenfolger selbst besitzt einen Rollenbolzen, auf welchem eine drehbare Rolle angeordnet ist. Zumindest ein Teil des Nockenfolgers, bspw. die Rolle oder aber der Rollenbolzen samt Rolle, ist/sind dabei axial verstellbar zwischen zumindest einer ersten Position, in welcher die Rolle mit dem ersten Nocken antriebsverbunden ist, und zumindest einer zweiten Position, in welcher die Rolle mit dem zweiten Nocken antriebsverbunden ist und dabei das Nockenprofil des zweiten Nockens abgreift. Erfindungsgemäß weist nun die zur Verstellung zumindest eines Teils des Nockenfolgers, bspw. der Rolle des Nockenfolgers vorgesehene Verstelleinrichtung zumindest einen Elektromagneten auf, der die axiale Verstellung zumindest eines Teils des Nockenfolgers zwischen zumindest der ersten und zweiten Position bewirkt. Selbstverständlich ist bei drei oder mehr Nocken auch denkbar, dass der Elektromagnet den Nockenfolger zwischen insgesamt drei oder mehr Positionen verstellt, wobei die Rolle des Nockenfolgers in der ersten Position mit dem ersten Nocken antriebsverbunden ist, in der zweiten Position mit dem zweiten Nocken und in der dritten Position das Nockenprofil des dritten Nockens abgreift. Sind weitere Positionen vorgesehen, so können auch noch weitere Nockenprofile weiterer Nocken abgegriffen werden. Ein derartiger Elektromagnet kann dabei nicht nur kostengünstig hergestellt werden, sondern es erübrigt sich dadurch auch die bislang aufwendige und teure Herstellung und Anordnung der Kulissenführung mit den damit zusammenwirkenden mechanischen Eingriffselementen. Ein derartiger Elektromagnet bewirkt darüber hinaus ein vergleichsweise schnelles Schalten des Ventiltriebs, wodurch äußerst kurze Schalt- und Ansprechzeiten erzielbar sind.
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Bei einer weiteren vorteilhaften Ausführungsform der erfindungsgemäßen Lösung ist die Verstelleinrichtung zur Verstellung der Rolle relativ zum Rollenbolzen oder zur Verstellung des Rollenbolzens zusammen mit der darauf drehbar gelagerten Rolle ausgebildet. Besonders die erste Variante bietet dabei den großen Vorteil, dass ausschließlich die Rolle und dadurch eine vergleichsweise geringe Masse mittels des Elektromagneten verstellt werden muss, wodurch bereits ein vergleichsweise kleiner Elektromagnet zur Verstellung der Rolle ausreicht. Dieser kann sogar so klein sein, dass dieser im Rollenbolzen selbst angeordnet werden kann, wodurch eine besonders bauraumoptimierte Anordnung der Verstelleinrichtung möglich ist. Alternativ ist selbstverständlich auch denkbar, dass der zumindest eine Elektromagnet an einer Wange eines den Rollenbolzen haltenden Hebelarms oder oberhalb der Achse des Rollenbolzens, das heißt parallel zu der Achse des Rollenbolzens, angeordnet ist.
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Bei einer vorteilhaften Weiterbildung der erfindungsgemäßen Lösung besitzt die Verstelleinrichtung lediglich einen einzigen Elektromagneten zur axialen Verstellung zumindest eines Teils des Nockenfolgers sowie eine dem Elektromagneten entgegenwirkende Feder zur Rückstellung zumindest des verstellten Teils des Nockenfolgers. Mittels einer derartigen Feder ist es möglich, zur Verstellung des Nockenfolgers bzw. eines Teils desselben nur einen einzigen Elektromagneten zu verwenden, wodurch die Verstelleinrichtung insgesamt äußerst kostengünstig ausgebildet werden kann. Der Feder kann darüber hinaus nicht nur die Rückstellung des Mittels des Elektromagneten verstellten Teils des Nockenfolgers zugewiesen werden, sondern zudem auch eine so genannte fail safe Funktion, so dass der Nockenfolger bei einem Ausfall des Elektromagneten allein aufgrund der Federkraft automatisch in eine vordefinierte Stellung, bspw. die erste oder zweite Position verstellt wird. Derartige fail safe Funktionen sind insbesondere zur Aufrechterhaltung eines Notlaufbetriebs der Brennkraftmaschine oftmals nicht nur erwünscht, sondern unerlässlich.
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Bei einer alternativen Weiterbildung der erfindungsgemäßen Lösung weist die Verstelleinrichtung zwei Elektromagnete zur axialen Verstellung zumindest eines Teils des Nockenfolgers bspw. der Rolle, auf. Dabei können die beiden Elektromagnete beim individuellen Bestromen ein Anziehen bzw. Abstoßen des verstellbaren Teils des Nockenfolgers bewirken und dadurch im Vergleich zu lediglich einem einzigen Elektromagneten kleiner und kostengünstiger ausgebildet werden. Bei einer besonders vorteilhaften Ausführungsform dieser Lösung sind die beiden Elektromagnete zusätzlich umgekehrt gepolt, so dass bei einem Bestromen der eine Elektromagnet zumindest den verstellbaren Teil des Nockenfolgers anzieht, während dieser vom anderen Elektromagneten abgestoßen wird. In diesem Fall erbringen die beiden Elektromagnete beim Bestromen nicht ausschließlich eine anziehende oder abstoßende Kraft, während der andere Elektromagnet abgeschaltet ist, sondern beim Verstellen der Rolle des Nockenfolgers oder des gesamten Nockenfolgers werden jeweils simultan beide Elektromagnete zum Verstellen verwendet, wobei der eine Elektromagnet den verstellbaren Teil des Nockenfolgers abstößt und der andere Elektromagnet diesen anzieht.
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Bei einer weiteren vorteilhaften Ausführungsform der erfindungsgemäßen Lösung ist die Verstelleinrichtung zur Verstellung der Rolle relativ zum Rollenbolzen des Nockenfolgers ausgebildet, wobei zusätzlich eine Sicherungseinrichtung vorgesehen ist, die die Rolle in ihrer ersten und zweiten Position sichert. Eine derartige Sicherungseinrichtung kann bspw. mittels einer entsprechenden Rastverbindung realisiert werden, die einrastet, sofern die Rolle ihre erste oder zweite Position erreicht hat. Hierzu kann die Sicherungseinrichtung vorzugsweise eine federbeaufschlagte Rastkontur am Rollenbolzen sowie eine komplementär dazu ausgebildete Gegenrastkontur an der Rolle aufweisen. Die federbeaufschlagte Rastkontur am Rollenbolzen kann dabei bspw. als in Radialrichtung nach außen mittels einer Feder vorgespannte Kugel ausgebildet sein, die von der Rolle beim Verstellen zwischen der ersten und zweiten Position überfahren und dabei niedergedrückt wird und erst beim Erreichen der ersten oder zweiten Position in die komplementär dazu an einer Innenseite der Rolle ausgebildete Gegenrastkontur eingreift. Selbstverständlich muss dabei die Sicherungseinrichtung zwei derartige Rastkonturen aufweisen, wovon die eine die erste Position der Rolle und die andere die zweite Position der Rolle sichert.
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Weitere wichtige Merkmale und Vorteile der Erfindung ergeben sich aus den Unteransprüchen, aus den Zeichnungen und aus der zugehörigen Figurenbeschreibung anhand der Zeichnungen.
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Es versteht sich, dass die vorstehend genannten und die nachstehend noch zu erläuternden Merkmale nicht nur in der jeweils angegebenen Kombination, sondern auch in anderen Kombinationen oder in Alleinstellung verwendbar sind, ohne den Rahmen der vorliegenden Erfindung zu verlassen.
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Bevorzugte Ausführungsbeispiele der Erfindung sind in den Zeichnungen dargestellt und werden in der nachfolgenden Beschreibung näher erläutert, wobei sich gleiche Bezugszeichen auf gleiche oder ähnliche oder funktional gleiche Komponenten beziehen.
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Es zeigen, jeweils schematisch,
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1 eine Ansicht auf einen erfindungsgemäßen Ventiltrieb einer im Übrigen nicht gezeigten Brennkraftmaschine,
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2 eine Darstellung wie in 1, jedoch bei einer anderen Ausführungsform,
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3 eine Darstellung wie in 2, jedoch mit verschobener Rolle,
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4 eine weitere mögliche Ausführungsform des erfindungsgemäßen Ventiltriebs mit einer zusätzlichen Sicherungseinrichtung,
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5 eine Ansicht auf eine weitere mögliche Ausführungsform des erfindungsgemäßen Ventiltriebs.
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Entsprechend den 1 bis 5, weist ein erfindungsgemäßer Ventiltrieb 1 für eine im Übrigen nicht gezeigte Brennkraftmaschine 2 eine Nockenwelle 3 (ausschließlich 1–3) sowie einen Nockenfolger 4 auf, wobei auf der Nockenwelle 3 drehfest angebracht sind ein erster Nocken 5a sowie axial dazu benachbart ein zweiter Nocken 5b. Selbstverständlich könnte dabei auch noch zumindest ein weiterer Nocken 5c benachbart angeordnet sein (vgl. unterbrochen gezeichnete Linie in 5). Der Nockenfolger 4 weist dabei einen Rollenbolzen 6 sowie eine drehbar darauf angeordnete Rolle 7 auf. Zumindest ein Teil des Nockenfolgers 4 ist dabei in Axialrichtung 8 zwischen zumindest einer ersten Position (vgl. 2, unterbrochen gezeichnete Linie und 3) und zumindest einer zweiten Position (vgl. 1, 2 und 4) verstellbar, wobei die Rolle 7 in der ersten Position antriebsverbunden mit dem ersten Nocken 5a und in der zweiten Position antriebsverbunden mit dem zweiten Nocken 5b ist. Der zweite Nocken 5b hat dabei ein im Vergleich zum ersten Nocken 5a unterschiedliches Nockenprofil, bspw. auch lediglich einen Grundkreis, so dass ein zugehöriger Zylinder bei Abgreifen des zweiten Nockens 5b abgeschaltet werden kann.
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Selbstverständlich ist bei drei oder mehr Nocken 5a, 5b, 5c auch denkbar, dass der Elektromagnet 10 den Nockenfolger 4 zwischen insgesamt drei oder mehr Positionen verstellt, wobei die Rolle 7 des Nockenfolgers 4 in der ersten Position mit dem ersten Nocken 5a antriebsverbunden ist, in der zweiten Position mit dem zweiten Nocken 5b und in der dritten Position das Nockenprofil des dritten Nockens 5c abgreift. Sind weitere Positionen vorgesehen, so können auch noch weitere Nockenprofile weiterer Nocken abgegriffen werden.
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Darüber hinaus ist eine Verstelleinrichtung 9 mit zumindest einem Elektromagneten 10 zur axialen Verstellung zumindest eines Teils des Nockenfolgers 4 zwischen zumindest der ersten und zweiten Position vorgesehen. Durch die erfindungsgemäß zumindest einen Elektromagneten 10 aufweisende Verstelleinrichtung 9 kann erreicht werden, dass auf die bislang zur Verstellung des Nockenfolgers 4 erforderlichen Kulissenführungen an der Nockenwelle 3 nun verzichtet werden kann, wodurch die gesamte Verstelleinrichtung 9 konstruktiv deutlich einfacher und damit auch kostengünstiger und bauraumoptimiert ausgebildet werden kann.
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Betrachtet man die 1, so kann man erkennen, dass in diesem Fall der zumindest eine Elektromagnet 10 den gesamten Nockenfolger 4 verstellt, das heißt sowohl den Rollenbolzen 6 als auch die drehbar darauf gelagerte Rolle 7. Bei der gemäß der 1 gezeigten Stellung befindet sich die Rolle 7 in ihrer zweiten Stellung und greift in dieser das Nockenprofil des zweiten Nockens 5b ab.
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Alternativ hierzu kann auch vorgesehen sein, dass die Verstelleinrichtung 9 zur Verstellung der Rolle 7 relativ zum Rollenbolzen 6 in Axialrichtung 8 ausgebildet ist, wie dies gemäß den Ausführungsformen gemäß der 2 bis 4 dargestellt ist. In diesem Fall erzeugt somit der Elektromagnet 10 ein elektrisches Feld, welches die Rolle 7 in Axialrichtung 8 auf dem Rollenbolzen 6 verstellt.
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Bei der gemäß der 1 dargestellten Ausführungsform ist der Elektromagnet 10 oberhalb des Nockenfolgers 4 angeordnet, wobei bei den gemäß den 2 bis 4 dargestellten Ausführungsformen, bei welchen die Rolle 7 relativ zum Rollenbolzen 6 in Axialrichtung 8 verstellbar ist, der bzw. die Elektromagnete 10 ebenfalls oberhalb der Rolle 7 angeordnet sein können, in oder an Wangen 11 eines den Rollenbolzen 6 haltenden Hebelarms (vgl. 3) oder lediglich an der Wange 11 des Hebelarms (vgl. 2). Ebenfalls denkbar ist auch eine Anordnung innerhalb des Rollenbolzens 6, was gemäß der 2 mit unterbrochen gezeichneter Linie dargestellt ist. Ebenso ist denkbar, dass der zumindest eine Elektromagnet 10 in axialer Verlängerung des Rollenbolzens 6 angeordnet ist (vgl. 5).
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Bei einer besonders bevorzugten Ausführungsform weist die Verstelleinrichtung 9 lediglich einen einzigen Elektromagneten 10 zur axialen Verstellung zumindest eines Teils des Nockenfolgers 4 auf sowie eine dem Elektromagneten 10 in bestromtem Zustand entgegenwirkende Feder 12 zur Rückstellung zumindest des verstellbaren Teils des Nockenfolgers 4, bspw. der Rolle 7. Eine derartige Feder 12 ersetzt somit einen zweiten Elektromagneten 10, wodurch sich dieser erübrigt und die gesamte Verstelleinrichtung 9 kostengünstiger ausgebildet werden kann. Der Ersatz eines Elektromagneten 10 durch die Feder 12 bietet darüber hinaus den großen Vorteil, dass die Feder 12 eine fail safe Funktion erfüllt, welche bei einem Ausfall des Elektromagneten 10 dafür sorgt, dass die Rolle 7 bzw. der zu verstellende Teil des Nockenfolgers 4 in eine vordefinierte Position, bspw. die erste oder die zweite Position verstellt wird. Die Ausführungsform mit Feder 12 und lediglich einem einzigen Elektromagneten 10 stellt dabei eine besonders kostengünstige und zugleich funktionssichere Ausführungsform dar.
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Alternativ können selbstverständlich aber auch zwei Elektromagnete 10 zur axialen Verstellung zumindest eines Teils des Nockenfolgers 4, bspw. der Rolle 7, vorgesehen sein, wie dies gemäß der 3 dargestellt ist. In diesem Fall sind selbstverständlich üblicherweise lediglich die Elektromagnete 10 in den beiden Wangen 11 oder oberhalb der Rolle 7 vorgesehen. Die beiden Elektromagnete 10 können darüber hinaus umgekehrt gepolt sein, so dass bei einem Bestromen der eine Elektromagnet 10 zumindest den verstellbaren Teil des Nockenfolgers 4, bspw. die Rolle 7, anzieht, während dieser vom anderen Elektromagnet 10 abgestoßen wird. Auch in diesem Fall kann selbstverständlich eine Feder 12 vorgesehen sein, die bei einem Ausfall der Elektromagnete 10 ein vordefiniertes Verstellen der Rolle 7 in die erste oder zweite Position bewirkt.
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Betrachtet man die 4, so kann man erkennen, dass eine Sicherungseinrichtung 13 vorgesehen ist, die die Rolle 7 in ihrer ersten und zweiten Position sichert. Die Sicherungseinrichtung 13 weist dabei am Rollenbolzen 6 eine federbeaufschlagte Rastkontur 14, bspw. eine Kugel 15, sowie an einer Innenfläche der Rolle 7 eine komplementär dazu ausgebildete Gegenrastkontur 16, bspw. eine Ausnehmung, auf. Bei einem Verstellen der Rolle 7 von ihrer ersten in ihre zweite Position, wird die Rastkontur 14, im vorliegenden Fall die Kugel 15, niedergedrückt und von der Rolle 7 überfahren, bis die Rolle 7 ihre endgültige erste oder zweite Position erreicht und in dieser die Kugel 15 in die komplementär dazu an der Rolle 7 ausgebildete Ausnehmung bzw. Gegenrastkontur 16 eingreifen kann.
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Mit der erfindungsgemäßen Verstelleinrichtung 9 ist es insbesondere möglich, auf die bislang zur Verstellung des Nockenfolgers 4 bzw. einer Rolle 7 des Nockenfolgers 4 erforderliche Kulissenführung sowie die zugehörigen Eingriffselemente komplett zu verzichten, wodurch nicht nur ein konstruktiv deutlich einfacher und kostengünstiger Aufbau möglich wird, sondern zudem auch schnelle Schaltzeiten erzielbar sind. Durch den Entfall der Kulissenführungen kann auch eine Gewichtsreduzierung erreicht werden.
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ZITATE ENTHALTEN IN DER BESCHREIBUNG
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Zitierte Patentliteratur
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