DE102017104629A1

DE102017104629A1 - Variabler Ventiltrieb eines Verbrennungskolbenmotors

Info

Publication number: DE102017104629A1
Application number: DE102017104629.1A
Authority: DE
Inventors: Frank Himsel; Max Schäfer
Original assignee: Schaeffler Technologies AG and Co KG
Current assignee: Schaeffler Technologies AG and Co KG
Priority date: 2017-03-06
Filing date: 2017-03-06
Publication date: 2018-09-06

Abstract

Ventiltrieb (1.2) eines Verbrennungskolbenmotors, mit mindestens einer Nockenwelle, die zur Betätigung zumindest einiger funktionsgleicher Gaswechselventile (13) jeweils einen Hauptnocken (4) mit größerer Hubhöhe und Hubweite für einen Normalbetrieb sowie mindestens einen Zusatznocken (18, 18') mit geringerer Hubhöhe und Hubweite für einen Sonderbetrieb aufweist, und mit einer Schaltvorrichtung zur Aktivierung und Deaktivierung der Hubübertragung von den Zusatznocken (18, 18') auf die zugeordneten Gaswechselventile (13). Zur Erweiterung des Steuerungsumfangs des innermotorischen Verbrennungsprozesses sowie für einen kompakten Aufbau ist vorgesehen, dass die Hauptnocken (4) jeweils Bestandteil eines starr mit der Nockenwelle verbundenen Primärnockens (2) sind, dass die Zusatznocken (18, 18') jeweils Bestandteil mindestens eines axial benachbart zu einem Primärnocken (2) angeordneten, starr mit der Nockenwelle verbundenen Sekundärnockens (16, 16') sind, dass die Schaltvorrichtung schaltbare Hubübertragungselemente (9) umfasst, welche jeweils zwischen den Nocken (2, 16, 16') und den Ventilschäften (14) der zugeordneten Gaswechselventile (13) angeordnet sind, und dass die Hubübertragungselemente (9) ein mit dem Primärnocken (2) in Abgriffkontakt stehendes Primärübertragungselement (10) sowie ein mit dem mindestens einen Sekundärnocken (16, 16') in Abgriffkontakt stehendes Sekundärübertragungselement (11) aufweisen, wobei im nicht gekoppelten Zustand der Übertragungselemente (10, 11) die Hubkurve des Primärnockens (2) sowie im gekoppelten Zustand der Übertragungselemente (10, 11) die jeweils höhere Hubkurve des Primärnockens (2) oder des Sekundärnockens (16, 16') auf das zugeordnete Gaswechselventil (13) übertragen wird.

Description

Die Erfindung betrifft einen variablen Ventiltrieb eines Verbrennungskolbenmotors, mit mindestens einer Nockenwelle, die zur Betätigung zumindest einiger funktionsgleicher Gaswechselventile jeweils einen Hauptnocken mit größerer Hubhöhe und Hubweite für einen Normalbetrieb sowie mindestens einen Zusatznocken mit geringerer Hubhöhe und Hubweite für einen Sonderbetrieb aufweist, und mit einer Schaltvorrichtung zur Aktivierung und Deaktivierung der Hubübertragung von den Zusatznocken auf die zugeordneten Gaswechselventile.
Mittels aktivierbarer und deaktivierbarer Zusatznocken an Nockenwellen eines Ventiltriebs können an einem Verbrennungskolbenmotor bekanntlich verschiedene Sonderfunktionen durchgeführt werden. So wird durch das Öffnen der Auslassventile während des Verdichtungstaktes der Kompressionsdruck in den Zylindern abgebaut und damit der Schleppwiderstand des Verbrennungskolbenmotors verringert, welches beim Motorstart einen geringeren Kraft- und Energieaufwand bewirkt. Durch das Öffnen der Auslassventile gegen Ende des Verdichtungstaktes entweicht der in den Zylindern aufgebaute Kompressionsdruck in den Abgastrakt und steht somit für den nachfolgenden Expansionstakt nicht mehr als Antriebskraft zur Verfügung, was bei aktivierter Motorbremse zur Vergrößerung der Bremswirkung genutzt wird. Durch das Öffnen der Auslassventile während des Ansaugtaktes kommt es zur Rückströmung von Verbrennungsgasen aus dem Abgastrakt in die Zylinder. Durch diese interne Abgasrückführung, die insbesondere im Teillastbetrieb eines Verbrennungskolbenmotors zur Anwendung kommt, wird die Verbrennungstemperatur in den Zylindern abgesenkt und die Bildung von Stickoxyden (NOx) reduziert. Durch das Öffnen der Auslassventile gegen Ende des Ansaugtaktes und das Öffnen der Einlassventile gegen Ende des Ausschiebetaktes werden in den Zylindern verbliebene Verbrennungsgase durch das einströmende Frischgas in den Abgastrakt ausgespült. Durch diese als Scavening bezeichnete Sonderfunktion wird insbesondere im Teillastbetrieb eines Verbrennungskolbenmotors die Füllung der Zylinder und damit die Motorleistung erhöht sowie gegebenenfalls das Ansprechverhalten eines im Abgastrakt angeordneten Turboladers verbessert.
Aus der DE 30 03 566 A1 ist ein variabler Ventiltrieb eines Verbrennungskolbenmotors bekannt, bei dem in einer für die Betätigung der Auslassventile vorgesehenen Nockenwelle jeweils ein Zusatznockenkörper radialbeweglich innerhalb der Auslassnockenkörper angeordnet ist. Bei eingeschalteter Motorbremse sind die Zusatznockenkörper zur Verstärkung der Bremswirkung mittels einer in einer Zentralbohrung der Nockenwelle axialbeweglich geführten Steuerstange ausfahrbar.
In der DE 602 23 846 T2 ist ein variabler Ventiltrieb eines Verbrennungskolbenmotors beschrieben, bei dem ein zur internen Abgasrückführung vorgesehener Zusatzhub der Auslassventile durch einen aktivierbaren Zusatzabgriff des Hauptnockens erfolgt. Der Zusatzabgriff des Hauptnockens erfolgt jeweils über einen Sekundärhebel, der gelenkig an einem zugeordneten Schlepphebel befestigt ist. Zur Aktivierung und Deaktivierung des Zusatzabgriffs ist der Sekundärhebel jeweils hydraulisch in eine aktive Arbeitsstellung und durch die Federkraft einer Rückstellfeder in eine inaktive Ruhestellung schwenkbar.
Aus der DE 10 2011 005 575 A1 geht ein variabler Ventiltrieb eines Verbrennungskolbenmotors hervor, bei dem an einer für die Betätigung der Auslassventile vorgesehenen Nockenwelle jeweils an den Hauptnocken der Auslassventile ein Zusatznocken starr angeordnet ist. Zur Aktivierung und Deaktivierung des für eine Dekompression oder eine interne Abgasrückführung nutzbaren Übertragung der Hubkurve der Zusatznocken ist jeweils ein schaltbares Abstützelement mit hydraulischem Ventilspielausgleichselement vorgesehen, über das ein als Schlepphebel ausgebildetes Hubübertragungselement gehäuseseitig abgestützt ist. Zur Aktivierung der Übertragung des Zusatzhubs der Zusatznocken auf die Auslassventile wird Drucköl jeweils in einen Schaltdruckraum der Abstützelemente geleitet. Zur Deaktivierung der Übertragung des Zusatzhubs werden die Schaltdruckräume der Abstützelemente drucklos geschaltet.
Aus der DE 10 2006 037 396 A1 ist ein Verbrennungskolbenmotor mit einem variablen Ventiltrieb bekannt, bei dem an einer für die Betätigung der Auslassventile vorgesehenen Nockenwelle ebenfalls an den Hauptnocken der Auslassventile jeweils ein Zusatznocken starr angeordnet ist. Die Übertragung der Hubkurve der Zusatznocken soll für eine Dekompression oder eine interne Abgasrückführung genutzt werden. Wie der Abgriff der Zusatznocken und/oder die Übertragung der Hubkurven der Zusatznocken aktiviert und deaktiviert werden sollen, ist der DE 10 2006 037 396 A1 jedoch nicht zu entnehmen.
In der DE 10 2013 009 896 A1 ist ein Verbrennungskolbenmotor mit einem variablen Ventiltrieb beschrieben, bei dem vorgesehen ist, dass in einem aktivierten Scavening-Betrieb die Einlassventile gegen Ende des Ausschiebetaktes und die Auslassventile gegen Ende des Ansaugtaktes jeweils in einem Zusatzhub geöffnet werden. Zur Aktivierung und Deaktivierung des Scavening-Betrieb ist ein Schiebenockensystem vorgesehen, bei dem Nockenkörper mit unterschiedlichen Nocken drehfest und axial verschiebbar auf einer Trägerwelle angeordnet sind.
Die bekannten variablen Ventiltriebe eines Verbrennungskolbenmotors weisen jeweils einen relativ komplizierten und viel Bauraum beanspruchenden Aufbau auf. Zudem ist bei diesen variablen Ventiltrieben vorgesehen, dass die Zusatzhubkurven jeweils im Grundkreis des Hauptnockens beginnen und im Grundkreis des Hauptnockens enden, was einen entsprechend großen Winkelabstand zu dem jeweiligen Haupthub zur Folge hat. Dadurch sind die Möglichkeiten zur Steuerung des innermotorischen Verbrennungsprozesses eingeschränkt.
Der vorliegenden Erfindung liegt daher die Aufgabe zugrunde, einen variablen Ventiltrieb eines Verbrennungskolbenmotors vorzuschlagen, der in Verbindung mit einem einfachen und Platz sparenden Aufbau eine Erweiterung des Funktionsumfangs zur Steuerung des innermotorischen Verbrennungsprozesses ermöglicht.
Diese Aufgabe ist in Verbindung mit den Merkmalen des Oberbegriffs des Anspruch 1 dadurch gelöst, dass die Hauptnocken jeweils Bestandteil eines starr mit der Nockenwelle verbundenen Primärnockens sind, dass die Zusatznocken jeweils Bestandteil mindestens eines axial benachbart zu einem Primärnocken angeordneten, starr mit der Nockenwelle verbundenen Sekundärnockens sind, dass die Schaltvorrichtung schaltbare Hubübertragungselemente umfasst, welche jeweils zwischen den Nocken und den Ventilschäften der zugeordneten Gaswechselventile angeordnet sind, und dass die Hubübertragungselemente ein mit dem Primärnocken in Abgriffkontakt stehendes Primärübertragungselement sowie ein mit dem mindestens einen Sekundärnocken in Abgriffkontakt stehendes Sekundärübertragungselement aufweisen, wobei im nicht gekoppelten Zustand der Übertragungselemente die Hubkurve des Primärnockens sowie im gekoppelten Zustand der Übertragungselemente die jeweils höhere Hubkurve des Primärnockens oder des Sekundärnockens auf das zugeordnete Gaswechselventil übertragen wird.
Vorteilhafte Ausgestaltungen und Weiterbildungen des erfindungsgemäßen Ventiltriebs sind Gegenstand der Unteransprüche.
Die Erfindung geht demnach aus von einem an sich bekannten variablen Ventiltrieb eines Verbrennungskolbenmotors, der mindestens eine Nockenwelle aufweist, welche zur Betätigung zumindest einiger funktionsgleicher Gaswechselventile jeweils einen Hauptnocken mit größerer Hubhöhe und Hubweite für einen Normalbetrieb sowie mindestens einen Zusatznocken mit geringerer Hubhöhe und Hubweite für einen Sonderbetrieb aufweist. Der variable Ventiltrieb weist zudem eine Schaltvorrichtung zur Aktivierung und Deaktivierung der Hubübertragung von den Zusatznocken auf die zugeordneten Gaswechselventile auf.
In dem erfindungsgemäßen Ventiltrieb sind die Hauptnocken jeweils Bestandteil eines starr mit der Nockenwelle verbundenen Primärnockens und die Zusatznocken sind jeweils Bestandteil mindestens eines axial benachbart zu einem Primärnocken angeordneten, starr mit der Nockenwelle verbundenen Sekundärnockens. Die Schaltvorrichtung umfasst schaltbare Hubübertragungselemente, die jeweils zwischen den Nocken und den Ventilschäften der zugeordneten Gaswechselventile angeordnet sind. Sie weisen ein mit dem Primärnocken in Abgriffkontakt stehendes Primärübertragungselement und ein mit dem mindestens einen Sekundärnocken in Abgriffkontakt stehendes Sekundärübertragungselement auf. Im nicht gekoppelten Zustand der Übertragungselemente wird nur die Hubkurve des Primärnockens auf das zugeordnete Gaswechselventil übertragen. Im gekoppelten Zustand der Übertragungselemente wird die jeweils höhere Hubkurve beider Nocken auf das zugeordnete Gaswechselventil übertragen.
Ein derartiger variabler Ventiltrieb eines Verbrennungskolbenmotors ist teilweise für die Hubabschaltung von Gaswechselventilen einzelner Zylinder oder für die Hubumschaltung von funktionsgleichen Gaswechselventilen aller oder einzelner Zylinder bekannt. Als schaltbare Hubübertragungselemente kommen bevorzugt schaltbare Tassenstößel oder schaltbare Schlepphebel zur Anwendung, die jeweils zwischen den Nocken einer Nockenwelle und den zugeordneten Gaswechselventilen angeordnet sind. Ein derartiger schaltbarer Tassenstößel ist beispielsweise aus der DE 196 02 013 C2 bekannt. Ein entsprechender schaltbarer Schlepphebel ist zum Beispiel in der DE 101 55 825 beschrieben.
Erfindungsgemäß wird nun jedoch vorgeschlagen, einen derartig aufgebauten, einen relativ geringen Bauraum beanspruchenden variablen Ventiltrieb zur Aktivierung und Deaktivierung eines Zusatzhubs von Gaswechselventilen zu verwenden. Bei dem erfindungsgemäßen Ventiltrieb ist der Zusatznocken an dem Sekundärnocken angeordnet, dessen Hubkurve durch das Sekundärübertragungselement abgegriffen und nur im gekoppelten Zustand der Übertragungselemente auf das zugeordnete Gaswechselventil übertragen wird.
In einer ersten Ausführungsform eines die Merkmale der Erfindung aufweisenden Ventiltriebs bildet der Zusatznocken die einzige Nockenerhebung des Sekundärnockens, und der Sekundärnocken weist einen Grundkreis auf, dessen Radius R_GK2 dem Grundkreisradius R_GK1 des zugeordneten Primärnockens entspricht (R_GK2 = R_GK1). Der Zusatznocken ist bei dieser Ausführung auf dem Sekundärnocken in Bezug zum Hauptnocken des zugeordneten Primärnockens umfangsseitig so weit versetzt angeordnet, dass zwischen den Nockenerhebungen beider Nocken (Hauptnocken und Zusatznocken) ein vorgegebener Mindestabstand Δα_min mit einem Hubabgriff an deckungsgleichen Grundkreisen vorliegt.
Durch diesen Mindestabstand Δα_min im Grundkreis zwischen dem Hauptnocken und dem Zusatznocken wird eine plötzliche Hubrichtungsumkehr und damit eine Schwingungsanregung des zugeordneten Gaswechselventils vermieden. Die Möglichkeiten zur Steuerung des innermotorischen Verbrennungsprozesses sind dadurch allerdings eingeschränkt. Aufgrund des identischen Grundkreisradius des Primärnockens und des Sekundärnockens kann der Zusatznocken in allen Umfangsabschnitten, in denen der Primärnocken und der Sekundärnocken im Grundkreis abgegriffen werden, durch die Ankopplung des Sekundärübertragungselementes an das Primärübertragungselement des Hubübertragungselementes aktiviert werden. Die Deaktivierung kann überall außerhalb des Abgriffs des Zusatznockens erfolgen, da das Sekundärübertragungselement dann lastfrei ist.
In einer zweiten Ausführungsform eines die Merkmale der Erfindung aufweisenden Ventiltriebs ist der Zusatznocken auf dem Sekundärnocken jeweils gegenüber dem Hauptnocken des zugeordneten Primärnockens umfangsseitig derart versetzt angeordnet, dass der Zusatznocken zumindest teilweise im Auslaufbereich einer ansteigenden oder abfallenden Flanke des Hauptnockens liegt. Zusätzlich ist der Sekundärnocken bei dieser Ausführung jeweils mit einem Hilfsnocken mit größerer Hubhöhe und Hubweite versehen, der weitgehend dieselbe umfangsseitige Ausrichtung und maximal die Höhe des Hauptnockens aufweist, jedoch umfangsseitig angrenzend an den Zusatznocken eine derart weite, mit der benachbarten Flanke des Hauptnockens in Überdeckung befindliche Flanke aufweist, dass zwischen den Nockenerhebungen beider Nocken (Hauptnocken und Zusatznocken) ein vorgegebener Mindestabstand Δα_min' mit einem Hubabgriff an deckungsgleichen Flanken vorliegt.
Durch diesen Mindestabstand Δα_min' an den deckungsgleichen Flanken zwischen dem Hauptnocken und dem Zusatznocken wird eine Angleichung der von beiden Nocken vorgegebenen Hubgeschwindigkeiten des zugeordneten Gaswechselventils sowie eine harmonische Hubrichtungsumkehr zwischen beiden Nocken erreicht. Da die Ventilfeder des Gaswechselventils im Bereich der Hubrichtungsumkehr stärker gespannt ist, ist auch in diesem Fall von einer geringen Neigung zur Schwingungsanregung des betreffenden Gaswechselventils auszugehen. Durch die Überschneidung der Hubkurven des Hauptnockens und des Zusatznockens sind die Möglichkeiten zur Steuerung des innermotorischen Verbrennungsprozesses im Vergleich zu der ersten Ausführungsform des Ventiltriebs deutlich erweitert.
Bei der gerade erläuterten zweiten Ausführungsform des erfindungsgemäßen Ventiltriebs kann der Sekundärnocken einen Grundkreis aufweisen, dessen Radius R_GK2 dem Grundkreisradius R_GK1 des zugeordneten Primärnockens entspricht (R_GK2 = R_GK1). In diesem Fall kann der Zusatznocken in allen Umfangsabschnitten, in denen der Primärnocken und der Sekundärnocken im Bereich der deckungsgleichen Flanken und im Grundkreis abgegriffen werden, durch die Ankopplung des Sekundärübertragungselementes an das Primärübertragungselement des Hubübertragungselementes aktiviert werden. Die Deaktivierung kann überall außerhalb des Abgriffs des Zusatznockens erfolgen, da das Sekundärübertragungselement dann weitgehend lastfrei ist.
Alternativ dazu kann der Sekundärnocken bei der zweiten Ausführungsform des erfindungsgemäßen Ventiltriebs auch einen Grundkreis aufweisen, dessen Radius R_GK2' zumindest geringfügig kleiner als der Grundkreisradius R_GK1 des zugeordneten Primärnockens ist (R_GK2' < R_GK1). In diesem Fall kann der Zusatznocken nur in dem Umfangsabschnitt, in dem der Primärnocken und der Sekundärnocken im Bereich der deckungsgleichen Flanken abgegriffen werden, durch die Ankopplung des Sekundärübertragungselementes an das Primärübertragungselement des Hubübertragungselementes aktiviert werden. Die Deaktivierung kann wie zuvor überall außerhalb des Abgriffs des Zusatznockens erfolgen, da das Sekundärübertragungselement dann lastfrei ist.
Zur Verdeutlichung der Erfindung ist der Beschreibung eine Zeichnung mit zwei Ausführungsbeispielen beigefügt. In dieser zeigt

1a eine erste Ausführungsform eines erfindungsgemäßen variablen Ventiltriebs eines Verbrennungskolbenmotors in einer perspektivischen Teilansicht,
1b den Ventiltrieb gemäß 1a in einer axialen Teilansicht,
2 Hubkurven des ersten Ventiltriebs gemäß den 1a und 1b in Form eines Diagramms,
3a eine zweite Ausführungsform eines erfindungsgemäßen variablen Ventiltriebs eines Verbrennungskolbenmotors in einer perspektivischen Teilansicht,
3b den Ventiltrieb gemäß 3a in einer axialen Teilansicht, und
4 Hubkurven der zweiten Ausführungsform des Ventiltriebs gemäß den 3a und 3b in Form eines Diagramms.

In der perspektivischen Teilansicht von Fig. 1a und der axialen Seitenansicht von 1b ist ein erstes Ausführungsbeispiel eines die Merkmale der Erfindung aufweisenden variablen Ventiltriebs 1.1 eines Verbrennungskolbenmotors ausschnittweise dargestellt. Auf einer nicht näher dargestellten Nockenwelle sind zum Öffnen und Schließen eines Gaswechselventils 13 jeweils starr verbunden ein Primärnocken 2 und axial beidseitig benachbart zu diesem zwei identische Sekundärnocken 6, 6' angeordnet. Der Primärnocken 2 weist einen Grundkreis 3 mit dem Grundkreisradius R_GK1 und einen Hauptnocken 4 mit größerer Hubhöhe und Hubweite für einen Normalbetrieb des Verbrennungskolbenmotors auf. Die Sekundärnocken 6, 6' weisen jeweils einen Grundkreis 7 mit einem gleich großen Grundkreisradius R_GK2 und als einzige Nockenerhebung einen Zusatznocken 8, 8' mit geringerer Hubhöhe und Hubweite für einen Sonderbetrieb des Verbrennungskolbenmotors auf.
Zur Übertragung der Hubverläufe des Primärnockens 2 und der Sekundärnocken 6, 6' auf das zugeordnete Gaswechselventil 13 ist ein schaltbares Hubübertragungselement 9 vorgesehen, das vorliegend beispielhaft als ein schaltbarer Schlepphebel ausgeführt ist. Der Schlepphebel 9 umfasst als Primärübertragungselement einen Innenhebel 10 und als Sekundärübertragungselement einen rahmenförmigen Außenhebel 11. Der Innenhebel 10 ist an einem Ende über ein Abstützelement 12, in das ein hydraulisches Ventilspielausgleichselement integriert ist, an einem Motorgehäuse beziehungsweise Zylinderkopfgehäuse abgestützt und steht an dem anderen Ende mit dem Ventilschaft 14 des Gaswechselventils 13 in Wirkverbindung. Zwischen seinen Enden steht der Innenhebel 10 nockenwellenseitig mit dem Primärnocken 2 in Abgriffkontakt. Der Außenhebel 11 ist gelenkig auf dem Innenhebel 10 gelagert und gegenüber diesem über eine Anpressfeder in Richtung zu der Nockenwelle belastet, so dass der Außenhebel 11 permanent in Abgriffkontakt mit den Sekundärnocken 6, 6' ist.
Der Außenhebel 11 ist durch die hydraulische Verschiebung eines intern angeordneten Koppelbolzens mit dem Innenhebel 10 koppelbar und durch eine auf den Koppelbolzen wirksame Rückstellfeder von dem Innenhebel 10 entkoppelbar. Im entkoppelten Zustand der beiden Hebel 10, 11 wird nur die Hubkurve des Primärnockens 2 auf das Gaswechselventil 13 übertragen. Im gekoppelten Zustand der Hebel 10, 11 wird die jeweils höhere Hubkurve des Primärnockens 2 oder der Sekundärnocken 6, 6' auf das Gaswechselventil 13 übertragen. Somit sind die Zusatznocken 8, 8' der Sekundärnocken 6, 6' durch das Ankoppeln des Außenhebels 11 an den Innenhebel 10 aktivierbar und durch das Entkoppeln des Außenhebels 11 von dem Innenhebel 10 deaktivierbar.
Die beiden Zusatznocken 8, 8' sind auf den Sekundärnocken 6, 6' in Bezug zum Hauptnocken 4 des Primärnockens 2 in Drehrichtung 15 der Nockenwelle um einen Nockenabstand Δα nachgelagert angeordnet.
In dem Diagramm von 2 sind die mit A bezeichnete, durch eine durchgezogene Linie dargestellte Hubkurve des Primärnockens 2 und die mit B bezeichnete, durch eine gestrichelte Linie dargestellte Hubkurve des Sekundärnockens 6, 6' als Hubhöhe Hv über dem Nockenwellenwinkel α_NW abgebildet. Dem Diagramm von 2 ist zu entnehmen, dass der Hauptnocken 4 und die Zusatznocken 8, 8' durch den Nockenabstand Δα umfangsseitig so weit versetzt sind, dass zwischen den Nockenerhebungen der Nocken 4, 8, 8' ein Mindestabstand Δα_min mit einem Hubabgriff an den deckungsgleichen Grundkreisen 3, 7 vorliegt.
Durch diesen Mindestabstand Δα_min im Grundkreis 3, 7 zwischen dem Hauptnocken 4 und den Zusatznocken 8, 8' wird eine plötzliche Hubrichtungsumkehr und damit eine Schwingungsanregung des zugeordneten Gaswechselventils 13 vermieden. Die Möglichkeiten zur Steuerung des innermotorischen Verbrennungsprozesses sind dadurch allerdings eingeschränkt.
In der perspektivischen Teilansicht von Fig. 3a und der axialen Seitenansicht von 3b ist eine zweite Ausführungsform eines die Merkmale der Erfindung aufweisenden variablen Ventiltriebs 1.2 eines Verbrennungskolbenmotors ausschnittweise dargestellt. Auf der nicht erkennbaren Nockenwelle sind zur Betätigung des Gaswechselventils 13 wiederum jeweils starr verbunden ein Primärnocken 2 und axial beidseitig benachbart zu diesem zwei identische Sekundärnocken 16, 16' angeordnet. Der Primärnocken 2 weist einen Grundkreis 3 mit dem Grundkreisradius R_GK1 und einen Hauptnocken 4 mit größerer Hubhöhe und Hubweite für einen Normalbetrieb des Verbrennungsmotors auf. Die Sekundärnocken 16, 16' weisen jeweils einen Grundkreis 17 mit einem geringfügig kleineren Grundkreisradius R_GK2' und jeweils einen Zusatznocken 18, 18' mit geringerer Hubhöhe und Hubweite sowie jeweils einen Hilfsnocken 19, 19' mit größerer Hubhöhe und Hubweite für einen Sonderbetrieb des Verbrennungsmotors auf.
Die Zusatznocken 18, 18' sind auf den beiden Sekundärnocken 16, 16' gegenüber dem Hauptnocken 4 des Primärnockens 2 in Drehrichtung 15 der Nockenwelle um einen Nockenabstand Δα' nachgelagert angeordnet. Die beiden Hilfsnocken 19, 19' der Sekundärnocken 16, 16' weisen weitgehend dieselbe umfangsseitige Ausrichtung und eine geringfügig kleinere Höhe als der Hauptnocken 4 des Primärnockens 2 auf. Angrenzend an den beiden Zusatznocken 18, 18' weisen die beiden Hilfsnocken 19, 19' jedoch eine mit der abfallenden Flanke 5 des Hauptnockens 4 in Überdeckung befindliche Flanke 20 auf. Die Übertragung der Hubverläufe des Primärnockens 2 und der beiden Sekundärnocken 16, 16' auf das zugeordnete Gaswechselventil 13 erfolgt wie bei der ersten Ausführung des Ventiltriebs 1.1 über einen schaltbaren Schlepphebel 9.
In dem Diagramm von 4 sind die mit A bezeichnete, durch eine durchgezogene Linie dargestellte Hubkurve des Primärnockens 2 und die mit B' bezeichnete, durch eine gestrichelte Linie dargestellte Hubkurve der bedien Sekundärnocken 16, 16' als Hubhöhe H_V über dem Nockenwellenwinkel α_NW abgebildet. Zusätzlich ist in dem Diagramm von 4 auch der mit C bezeichnete, durch eine punktierte Linie dargestellte Verlauf der Differenzhubgeschwindigkeit ΔH_V/rad des Gaswechselventils 13 zwischen einer Übertragung der Hubkurve A des Primärnockens 2 und einer Übertragung der Hubkurve B' der Sekundärnocken 16, 16' über dem Nockenwellenwinkel α_NW abgebildet. Dem Diagramm von 4 ist zu entnehmen, dass der Hauptnocken 4 und die Zusatznocken 18, 18' durch den Nockenabstand Δα' umfangsseitig so weit versetzt sind, dass zwischen den Nockenerhebungen der Nocken 4, 18, 18' ein Mindestabstand Δα_min' mit einem Hubabgriff an den deckungsgleichen Flanken 5, 20 vorliegt.
Durch diesen Mindestabstand Δα_min' an den deckungsgleichen Flanken 5, 20 des Hauptnockens 4 und der beiden Zusatznocken 18, 18' wird eine Angleichung der von beiden Nocken 2, 16, 16' (Primärnocken und Sekundärnocken) vorgegebenen Hubgeschwindigkeiten des zugeordneten Gaswechselventils 13 und eine harmonische Hubrichtungsumkehr zwischen diesen beiden Nocken 2, 16, 16' erreicht. Da die Ventilfeder des Gaswechselventils 13 im Bereich der Hubrichtungsumkehr stärker gespannt ist, ist auch in diesem Fall von einer geringen Neigung zur Schwingungsanregung des Gaswechselventils 13 auszugehen. Durch die Überschneidung der Hubkurven A, B' des Hauptnockens 4 und der Zusatznocken 18, 18' sind die Möglichkeiten zur Steuerung des innermotorischen Verbrennungsprozesses gegenüber der ersten Ausführung des Ventiltriebs 1.1 deutlich erweitert.
Bezugszeichenliste

1.1: Ventiltrieb (erste Ausführungsform)
1.2: Ventiltrieb (zweite Ausführungsform)
2: Primärnocken
3: Grundkreis des Primärnockens
4: Hauptnocken
5: Abfallende Flanke
6, 6': Sekundärnocken
7: Grundkreis des Sekundärnockens 6, 6'
8, 8': Zusatznocken
9: Hubübertragungselement, Schlepphebel
10: Primärübertragungselement, Innenhebel
11: Sekundärübertragungselement, Außenhebel
12: Abstützelement
13: Gaswechselventil
14: Ventilschaft
15: Drehrichtung
16, 16': Sekundärnocken
17: Grundkreis des Sekundärnockens 16, 16'
18, 18': Zusatznocken
19, 19': Hilfsnocken
20: Flanke
A: Hubkurve des Primärnockens
B: Hubkurve des Sekundärnockens
B': Hubkurve des Sekundärnockens
C: Differenzhubgeschwindigkeitskurve
R_GK1: Grundkreisradius
R_GK2: Grundkreisradius
R_GK2': Grundkreisradius
H_V: Ventilhub
ΔH_V/rad: Differenzhubgeschwindigkeit
Δ_NW: Nockenwellenwinkel
Δα: Nockenabstand
Δα': Nockenabstand
Δα_min: Mindestabstand
Δα_min': Mindestabstand

ZITATE ENTHALTEN IN DER BESCHREIBUNG
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Zitierte Patentliteratur

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DE 60223846 T2 [0004]
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DE 102006037396 A1 [0006]
DE 102013009896 A1 [0007]
DE 19602013 C2 [0014]
DE 10155825 [0014]

Claims

Variabler Ventiltrieb (1.1, 1.2) eines Verbrennungskolbenmotors, mit mindestens einer Nockenwelle, die zur Betätigung zumindest einiger funktionsgleicher Gaswechselventile (13) jeweils einen Hauptnocken (4) mit größerer Hubhöhe und Hubweite für einen Normalbetrieb sowie mindestens einen Zusatznocken (8, 8', 18, 18') mit geringerer Hubhöhe und Hubweite für einen Sonderbetrieb aufweist, und mit einer Schaltvorrichtung zur Aktivierung und Deaktivierung der Hubübertragung von den Zusatznocken (8, 8', 18, 18') auf die zugeordneten Gaswechselventile (13), dadurch gekennzeichnet, dass die Hauptnocken (4) jeweils Bestandteil eines starr mit der Nockenwelle verbundenen Primärnockens (2) sind, dass die Zusatznocken (8, 8', 18, 18') jeweils Bestandteil mindestens eines axial benachbart zu einem Primärnocken (2) angeordneten, starr mit der Nockenwelle verbundenen Sekundärnockens (6, 6', 16, 16') sind, dass die Schaltvorrichtung schaltbare Hubübertragungselemente (9) umfasst, welche jeweils zwischen den Nocken (2, 6, 6', 16, 16') und den Ventilschäften (14) der zugeordneten Gaswechselventile (13) angeordnet sind, und dass die Hubübertragungselemente (9) ein mit dem Primärnocken (2) in Abgriffkontakt stehendes Primärübertragungselement (10) sowie ein mit dem mindestens einen Sekundärnocken (6, 6', 16, 16') in Abgriffkontakt stehendes Sekundärübertragungselement (11) aufweisen, wobei im nicht gekoppelten Zustand der Übertragungselemente (10, 11) die Hubkurve des Primärnockens (2) sowie im gekoppelten Zustand der Übertragungselemente (10, 11) die jeweils höhere Hubkurve des Primärnockens (2) oder des Sekundärnockens (6, 6', 16, 16') auf das zugeordnete Gaswechselventil (13) übertragen wird.
Variabler Ventiltrieb nach Anspruch 1, dadurch gekennzeichnet, dass der Zusatznocken (8, 8') die einzige Nockenerhebung des Sekundärnockens (6, 6') bildet, dass der Primärnocken (2) einen Grundkreis (3) mit einem Grundkreisradius (R_GK1) und der Sekundärnocken (6, 6') einen Grundkreis (7) mit einem Grundkreisradius (R_GK2) aufweist, wobei diese Radien identisch zueinander sind (R_GK2 = R_GK1), und dass der Zusatznocken (8) auf dem Sekundärnocken (6, 6') gegenüber dem Hauptnocken (4) des zugeordneten Primärnockens (2) umfangsseitig so weit versetzt angeordnet ist, dass zwischen den Nockenerhebungen des Hauptnockens (4) und des Zusatznockens (8, 8') ein vorgegebener Mindestabstand (Δα_min) mit einem Hubabgriff an deckungsgleichen Grundkreisen (3, 7) von Primärnocken (2) und Sekundärnocken (6) vorliegt.
Variabler Ventiltrieb nach Anspruch 1, dadurch gekennzeichnet, dass der Zusatznocken (18, 18') auf dem Sekundärnocken (16, 16') jeweils gegenüber dem Hauptnocken (4) des zugeordneten Primärnockens (2) umfangsseitig derart versetzt angeordnet ist, dass der Zusatznocken (18, 18') zumindest teilweise im Auslaufbereich einer ansteigenden oder abfallenden Flanke (5) des Hauptnockens (4) ausgebildet ist, dass der Sekundärnocken (16, 16') zusätzlich jeweils mit einem Hilfsnocken (19, 19') mit größerer Hubhöhe und Hubweite versehen ist, dass der Hilfsnocken (19, 19') weitgehend dieselbe umfangsseitige Ausrichtung und maximal die Höhe des Hauptnockens (4) aufweist, jedoch umfangsseitig angrenzend an den Zusatznocken (18, 18') eine derart weite, mit der benachbarten Flanke (5) des Hauptnockens (4) in Überdeckung befindliche Flanke (20) aufweist, dass zwischen den Nockenerhebungen des Hauptnockens (4) und des Zusatznockens (18, 18') ein vorgegebener Mindestabstand (Δα_min') mit einem Hubabgriff an deckungsgleichen Flanken (5, 20) vorliegt.
Variabler Ventiltrieb nach Anspruch 3, dadurch gekennzeichnet, dass der Sekundärnocken (16, 16') einen Grundkreis (7) aufweist, dessen Radius (R_GK2) dem Grundkreisradius (R_GK1) des zugeordneten Primärnockens (2) entspricht.
Variabler Ventiltrieb nach Anspruch 3, dadurch gekennzeichnet, dass der Sekundärnocken (16, 16') einen Grundkreis (17) aufweist, dessen Radius (R_GK2') zumindest geringfügig kleiner als der Grundkreisradius (R_GK1) des zugeordneten Primärnockens (2) ist (R_GK2' < R_GK1).