DE102017106689A1

DE102017106689A1 - Variabler Ventiltrieb eines Verbrennungskolbenmotors

Info

Publication number: DE102017106689A1
Application number: DE102017106689.6A
Authority: DE
Inventors: Jürgen Carius
Original assignee: Schaeffler Technologies AG and Co KG
Current assignee: Schaeffler Technologies AG and Co KG
Priority date: 2017-03-29
Filing date: 2017-03-29
Publication date: 2018-10-04

Abstract

Variabler Ventiltrieb (1) eines Verbrennungskolbenmotors, mit mindestens einem funktionsgleichen Gaswechselventil (2) pro Zylinder, dessen Ventilhub jeweils durch mindestens einen Primärnocken (5) und einen Sekundärnocken (6) einer Nockenwelle (4) vorgegeben sowie mittels eines schaltbaren Schlepphebels (7.3, 7.4) selektiv auf mindestens ein zugeordnetes Gaswechselventil (2) übertragbar ist, wobei der Schlepphebel (7.3, 7.4) einen Primärhebel (10) und einen Sekundärhebel (15) aufweist, wobei der Primärhebel jeweils endseitig an einem gehäusefesten Abstützelement (20) und gegenüber an dem Ventilschaft (3) des Gaswechselventils (2) abgestützt sowie dazwischen mit dem Primärnocken (5) in Abgriffkontakt ist, und wobei der Sekundärhebel (15) jeweils schwenkbar an dem Primärhebel (10) gelagert ist, mit dem zugeordneten Sekundärnocken (6) in Abgriffkontakt ist, und mittels eines durch eine Stellvorrichtung (29) verstellbaren Koppelelements (21) mit dem Primärhebel (10) koppelbar ist. Weiter ist vorgesehen, dass die Koppelelemente (21) der Schlepphebel (7.3, 7.4) als axialbeweglich in einer Querbohrung (25) des Primärhebels (10) geführte Koppelbolzen ausgebildet sind, dass die Koppelelemente (21) gegen die Rückstellkraft eines Federelements (26) in eine gegenüberliegende Koppelbohrung (27) des jeweiligen Sekundärhebels (15) verschiebbar sind sowie seitlich aus dem Primärhebel (10) herausragen, und dass die Stellvorrichtung (29) eine Schaltwelle (30) aufweist, die oberhalb der Schlepphebel (7.3, 7.4) parallel zur Nockenwelle (4) angeordnet sowie mittels eines Drehaktuators (32) um deren Längsachse (31) drehbar ist. Auf der Schaltwelle (30) ist für jeden der Schlepphebel (7.3, 7.4) ein Betätigungselement (36) angeordnet, mittels dem der Koppelbolzen (21) bei einer Drehung der Schaltwelle (30) in die zugeordnete Koppelbohrung (27) verschiebbar ist.

Description

Die Erfindung betrifft einen variablen Ventiltrieb eines Verbrennungskolbenmotors, mit mindestens einem funktionsgleichen Gaswechselventil pro Zylinder, dessen Ventilhub jeweils durch mindestens einen Primärnocken und einen Sekundärnocken einer Nockenwelle vorgegeben sowie mittels eines schaltbaren Schlepphebels selektiv auf mindestens ein zugeordnetes Gaswechselventil übertragbar ist, wobei der Schlepphebel einen Primärhebel und einen Sekundärhebel aufweist, wobei der Primärhebel jeweils endseitig an einem gehäuseseitig gelagerten Abstützelement und gegenüberliegend an dem Ventilschaft des zugeordneten Gaswechselventils abgestützt ist sowie dazwischen mit dem zugeordneten Primärnocken in Abgriffkontakt ist, und wobei der Sekundärhebel jeweils schwenkbar an dem Primärhebel gelagert ist, mit dem zugeordneten Sekundärnocken in Abgriffkontakt ist, sowie mittels eines durch eine Stellvorrichtung verstellbaren Koppelelements mit dem Primärhebel koppelbar oder von dem Primärhebel entkoppelbar ist.
Schaltbare Ventiltriebe von Verbrennungskolbenmotoren sind in unterschiedlichen Bauarten bekannt. So können Ventiltriebe einzelner Zylinder oder Gruppen von Zylindern eines Verbrennungskolbenmotors durch eine Abschaltung des übertragbaren Ventilhubs deaktiviert und damit in Verbindung mit einer Abschaltung der Kraftstoffeinspritzung für die betreffenden Zylinder der Kraftstoffverbrauch sowie die CO₂- und Schadstoffemissionen des Verbrennungskolbenmotors im Teillastbetrieb gesenkt werden. Andererseits können die durch Ventiltriebe von Einlass- und/oder Auslassventilen eines Verbrennungskolbenmotors erzeugbaren Hubverläufe der Ventile durch eine Hubumschaltung geändert und damit in Abhängigkeit von Betriebsparametern, wie der Motordrehzahl und der Motorlast, an den aktuellen Betriebszustand des Verbrennungskolbenmotors angepasst werden. Hierdurch lassen sich die Motorleistung und das Drehmoment erhöhen sowie der spezifische Kraftstoffverbrauch des Verbrennungskolbenmotors verringern.
Bei abschaltbaren Ventiltrieben sind üblicherweise jeweils zwei relativ zueinander verschiebbare oder verdrehbare Bauteile eines schaltbaren Hubübertragungselementes vorgesehen, von denen das eine Bauteil mit dem zugeordneten Nocken einer Nockenwelle und das andere Bauteil mit dem Ventilschaft des zugeordneten Gaswechselventils in Stellverbindung ist. Beide Bauteile sind über ein zumeist als Koppelbolzen ausgeführtes Koppelelement miteinander koppelbar oder entkoppelbar. Im gekoppelten Zustand wird der Ventilhub des zugeordneten Nockens auf das betreffende Gaswechselventil übertragen, im entkoppelten Zustand dagegen nicht, so dass das Gaswechselventil dann geschlossen bleibt.
Der Koppelbolzen ist üblicherweise axialbeweglich in einer Bohrung des einen Bauteils geführt und in eine Koppelbohrung des anderen Bauteils verschiebbar. Mittels eines Federelementes wird der Koppelbolzen in einer Ruhestellung gehalten und durch die Beaufschlagung mit einer Stellkraft gegen die Rückstellkraft des Federelementes in eine Betätigungsstellung verschoben und dort gehalten. Bei abschaltbaren Ventiltrieben entspricht die Ruhestellung des Koppelbolzens meistens dem gekoppelten Zustand der Bauteile des Hubübertragungselements und die Betätigungsstellung dem entkoppelten Zustand der Bauteile. Bei den abschaltbaren Hubübertragungselementen kann es sich um abschaltbare Tassenstößel, Rollenstößel, Kipphebel, Schlepphebel oder Abstützelemente handeln.
Bei umschaltbaren Ventiltrieben sind jeweils mindestens zwei relativ zueinander verschiebbare oder verdrehbare Bauteile eines schaltbaren Hubübertragungselementes vorgesehen, von denen das eine Bauteil mit einem zugeordneten Primärnocken einer Nockenwelle, erzeugend einen bestimmten Ventilhub, sowie mit dem Ventilschaft des zugeordneten Gaswechselventils in Stellverbindung ist, während das andere Bauteil mit einem zugeordneten Sekundärnocken der Nockenwelle, erzeugend einen größeren Ventilhub oder einen Zusatzhub, in Stellverbindung ist. Beide Bauteile sind über ein meistens als Koppelbolzen ausgeführtes Koppelelement miteinander koppelbar oder entkoppelbar. Im entkoppelten Zustand wird der Ventilhub des Primärnockens auf das betreffende Gaswechselventil übertragen, im gekoppelten Zustand wird dagegen der Ventilhub des Sekundärnockens oder der jeweils größere Ventilhub beider Nocken auf das Gaswechselventil übertragen.
Auch hierbei ist der Koppelbolzen üblicherweise axialbeweglich in einer Bohrung des einen Bauteils geführt und in eine Koppelbohrung des anderen Bauteils verschiebbar. Mittels eines Federelementes wird der Koppelbolzen in einer Ruhestellung gehalten sowie durch die Beaufschlagung mit einer Stellkraft gegen die Rückstellkraft des Federelementes in eine Betätigungsstellung verschoben und dort gehalten. Bei umschaltbaren Ventiltrieben entspricht die Ruhestellung des Koppelbolzens zumeist dem entkoppelten Zustand der Bauteile des Hubübertragungselements und die Betätigungsstellung dem gekoppelten Zustand der Bauteile. Bei den umschaltbaren Hubübertragungselementen handelt es sich meistens um umschaltbare Tassenstößel, Kipphebel oder Schlepphebel.
Vorliegend wird von einem variablen Ventiltrieb eines Verbrennungskolbenmotors ausgegangen, bei dem zumindest einigen funktionsgleichen Gaswechselventilen jeweils mindestens ein Primärnocken und ein Sekundärnocken einer Nockenwelle mit unterschiedlichen Hubhöhen und/oder Hubverläufen zugeordnet sind. Als schaltbare Hubübertragungselemente zur selektiven Übertragung der Hubkurven der Primär- oder Sekundärnocken sind schaltbare Schlepphebel vorgesehen, die jeweils einen Primärhebel und einen Sekundärhebel aufweisen. Der Primärhebel ist jeweils mit einem Ende an einem gehäuseseitig gelagerten Abstützelement sowie gegenüberliegend an dem Ventilschaft des zugeordneten Gaswechselventils abgestützt und ist dazwischen mit dem zugeordneten Primärnocken in Abgriffkontakt. Der Sekundärhebel ist jeweils schwenkbar an dem betreffenden Primärhebel gelagert aufgenommen, er steht mit dem zugeordneten Sekundärnocken in Abgriffkontakt, und er ist über ein durch eine Stellvorrichtung verstellbares Koppelelement mit dem Primärhebel koppelbar oder von dem Primärhebel entkoppelbar.
In der US 5 544 626 A und der DE 10 2006 057 894 A1 ist jeweils ein hydraulisch schaltbarer Schlepphebel eines variablen Ventiltriebs beschrieben, bei dem ein Koppelbolzen axialbeweglich in einer Längsbohrung des jeweiligen Primärhebels gelagert und im unbetätigten Zustand mittels einer Druckfeder in Überdeckung mit einem Vorsprung des Sekundärhebels gehalten wird, wodurch der Sekundärhebel mit dem Primärhebel gekoppelt ist. Durch die Zufuhr von Drucköl in einen an einen Ringsteg des Koppelbolzens angrenzenden Druckraum des Primärhebels ist der Koppelbolzen hydraulisch gegen die Rückstellkraft der Druckfeder aus der Überdeckung mit dem Vorsprung des Sekundärhebels axial verschiebbar, wodurch der Sekundärhebel von dem Primärhebel entkoppelbar ist.
Aus der DE 10 2006 023 772 A1 ist ein hydraulisch schaltbarer Schlepphebel eines variablen Ventiltriebs bekannt, bei dem ein Koppelbolzen axialbeweglich in einer Längsbohrung des Primärhebels gelagert und im unbetätigten Zustand mittels einer Druckfeder außerhalb eines Vorsprungs des Sekundärhebels gehalten wird, wodurch der Sekundärhebel von dem Primärhebel entkoppelt ist. Durch die Zufuhr von Drucköl in einen an eine äußere Stirnwand des Koppelbolzens angrenzenden Druckraum des Primärhebels ist der Koppelbolzen hydraulisch gegen die Rückstellkraft der Druckfeder axial verschiebbar und mit dem Vorsprung des Sekundärhebels in Überdeckung bringbar, wodurch der Sekundärhebel mit dem Primärhebel koppelbar ist.
Für die Zufuhr von Drucköl zu mehreren hydraulisch schaltbaren Schlepphebeln ist allerdings eine aufwändige Ölgalerie aus in den Zylinderkopf eingearbeiteten Ölkanälen erforderlich, deren Herstellung aufgrund beengter Platzverhältnisse schwierig und aufwendig ist. Zudem muss ein relativ hoher Schaltdruck erzeugt werden, damit die Umschaltung der Schlepphebel unter allen Betriebsbedingungen, wie temperaturabhängigen Schwankungen der Viskosität des Drucköls und eine durch Lufteinschlüsse hervorgerufene Kompressibilität des Drucköls, zuverlässig erfolgen kann.
In der US 5 544 626 A ist auch ein schaltbarer Schlepphebel eines variablen Ventiltriebs beschrieben, bei dem der Koppelbolzen elektromagnetisch gegen die Rückstellkraft einer Druckfeder aus der Überdeckung mit dem Vorsprung des Sekundärhebels axial nach außen verschiebbar ist, wodurch der Sekundärhebel von dem Primärhebel entkoppelbar ist. Hierzu ist ein Elektromagnet axial außen an dem Primärhebel angeordnet, und der Anker des Elektromagneten ist starr mit dem Koppelbolzen verbunden.
Ein ähnlich aufgebauter, elektromagnetisch schaltbarer Schlepphebel ist auch aus der DE 10 2005 006 056 A1 bekannt. Auch bei diesem Schlepphebel ist ein Koppelbolzen axialbeweglich in einer Längsbohrung des Primärhebels gelagert und wird im unbetätigten Zustand mittels einer Druckfeder in Überdeckung mit einem Anschlagelement des Sekundärhebels gehalten, wodurch der Sekundärhebel mit dem Primärhebel gekoppelt ist. Durch die Bestromung eines axial außen an den Koppelbolzen angrenzend an dem Primärhebel angeordneten Elektromagneten, dessen Anker starr mit dem Koppelbolzen verbunden ist, kann der Koppelbolzen elektromagnetisch gegen die Rückstellkraft der Druckfeder axial aus der Überdeckung mit dem Anschlagelement verschoben werden, wodurch der Sekundärhebel von dem Primärhebel entkoppelbar ist. Der Elektromagnet ist zusätzlich mit einem Permanentmagneten versehen, der derart ausgebildet und angeordnet ist, dass der Anker beziehungsweise der mit diesem verbundene Koppelbolzen im unbestromten Zustand des Elektromagneten in der entkoppelten Schaltstellung haltbar ist.
Aus der DE 101 55 827 A1 ist dagegen ein elektromagnetisch schaltbarer Schlepphebel eines variablen Ventiltriebs bekannt, bei dem ein Koppelkolben axialbeweglich in einer Querbohrung des Primärhebels gelagert und mittels eines seitlich an dem Primärhebel angeordneten Elektromagneten axial verschiebbar ist. Im unbetätigten Zustand wird der Koppelkolben in einer Koppelbohrung des Sekundärhebels gehalten, wodurch der Sekundärhebel mit dem Primärhebel gekoppelt ist. Durch die Bestromung des Elektromagneten, dessen Anker starr mit dem Koppelkolben verbunden ist, kann der Koppelkolben axial aus der Koppelbohrung des Sekundärhebels verschoben werden, wodurch der Sekundärhebel von dem Primärhebel entkoppelbar ist.
Durch die Anordnung der Elektromagneten an den Primärhebeln der elektromagnetisch schaltbaren Schlepphebel wird je nach Anordnung der Elektromagneten die Längs- oder Querabmessung der Schlepphebel sowie deren Massenträgheit erhöht. Zudem ist für die Versorgung der Elektromagneten mit dem Schaltstrom eine umfangreiche Verkabelung erforderlich, die wegen der Kippbewegung der Schlepphebel aufwendig gegen eine mechanische Beschädigung und gegen eindringendes Motoröl geschützt werden muss.
Zur Vermeidung dieser Nachteile sind in der US 6 971 349 B2 und der EP 2 050 933 A1 Ventiltriebe mit elektromagnetisch schaltbaren Schlepphebeln vorgeschlagen, bei denen die Elektromagneten jeweils außerhalb der Schlepphebel an dem Zylinderkopf befestigt sind. Die Anker der Elektromagneten sind jeweils über ein Übertragungselement mit einem hervorstehenden Ende eines Koppelbolzens in Stellverbindung. Die Koppelbolzen sind jeweils axialbeweglich in einer Längsbohrung des betreffenden Primärhebels gelagert und werden im unbetätigten Zustand mittels einer Druckfeder außerhalb eines Vorsprungs des betreffenden Sekundärhebels gehalten, wodurch die Sekundärhebel von den Primärhebeln entkoppelt sind. Durch eine Bestromung der Elektromagneten können die Koppelbolzen über die betreffenden Übertragungselemente zur Überdeckung mit dem jeweiligen Vorsprung der Sekundärhebel axial nach innen verschoben werden, wodurch die Sekundärhebel mit den Primärhebeln koppelbar sind.
Durch die externe Anordnung der Elektromagneten können die Schlepphebel zwar kompakter ausgeführt werden und die Verkabelung der Elektromagneten ist einfacher realisierbar. Jedoch nehmen die Elektromagneten auch bei dieser Anordnung einen relativ großen Bauraum in Anspruch. Zudem ist die Übertragung der Stellbewegung über die Übertragungselemente auf die Koppelbolzen relativ kompliziert sowie verschleiß- und störungsanfällig.
Der vorliegenden Erfindung lag daher die Aufgabe zu Grunde, einen variablen Ventiltrieb eines Verbrennungskolbenmotors der eingangs genannten Bauart mit schaltbaren Schlepphebeln funktionsgleicher Gaswechselventile vorzuschlagen, die mit einer möglichst einfachen, Platz sparend und robust aufgebauten Stellvorrichtung umschaltbar sind.
Diese Aufgabe ist bei einer ersten Ausführung eines Ventiltriebs mit den Merkmalen des Oberbegriffs des Anspruchs 1 dadurch gelöst, dass die jeweiligen Koppelelemente der schaltbaren Schlepphebel als axialbeweglich in einer Querbohrung des Primärhebels geführte Koppelbolzen ausgebildet sind, dass die Koppelelemente gegen die Rückstellkraft eines jeweils zugeordneten Federelements in eine gegenüberliegende Koppelbohrung des jeweiligen Sekundärhebels verschiebbar sind sowie seitlich aus dem Primärhebel herausragen, dass die Stellvorrichtung eine Schaltwelle aufweist, welche oberhalb der Schlepphebel parallel zu der zugeordneten Nockenwelle angeordnet sowie mittels eines Drehaktuators um deren Längsachse drehbar ist, und dass auf der Schaltwelle für jeden der schaltbaren Schlepphebel ein Betätigungselement angeordnet ist, mittels dem der jeweilige Koppelbolzen bei einer Drehung der Schaltwelle in einer Stelldrehrichtung in die zugeordnete Koppelbohrung verschiebbar ist.
Bei einer zweiten Ausführung eines Ventiltriebs mit den Merkmalen des Oberbegriffs des Anspruchs 2 ist die gestellte Aufgabe dadurch gelöst, dass die jeweiligen Koppelelemente der schaltbaren Schlepphebel als axialbeweglich in einer Querbohrung des Primärhebels geführte Koppelbolzen ausgebildet sind, dass die Koppelelemente gegen die Rückstellkraft eines jeweils zugeordneten Federelements aus einer gegenüberliegenden Koppelbohrung des jeweiligen Sekundärhebels verschiebbar sind sowie seitlich aus dem Primärhebel herausragen, dass die Stellvorrichtung eine Schaltwelle aufweist, welche oberhalb der Schlepphebel parallel zu der zugeordneten Nockenwelle angeordnet sowie mittels eines Drehaktuators um deren Längsachse drehbar ist, und dass auf der Schaltwelle für jeden der schaltbaren Schlepphebel ein Betätigungselement angeordnet ist, mittels dem der jeweilige Koppelbolzen bei einer Drehung der Schaltwelle in einer Stelldrehrichtung aus der zugeordneten Koppelbohrung verschiebbar ist.
Vorteilhafte Ausgestaltungen und Weiterbildungen dieser Ventiltriebe sind in den abhängigen Ansprüchen definiert.
Die Erfindung geht demnach aus von einem an sich bekannten variablen Ventiltrieb eines Verbrennungskolbenmotors, der mindestens ein funktionsgleiches Gaswechselventil pro Zylinder aufweist. Bei den funktionsgleichen Gaswechselventilen kann es sich um Einlassventile oder Auslassventile handeln. Der Ventilhub dieser funktionsgleichen Gaswechselventile ist jeweils durch mindestens einen Primärnocken und einen Sekundärnocken einer Nockenwelle vorgegeben und mittels eines schaltbaren Schlepphebels, der einen Primärhebel und einen Sekundärhebel aufweist, selektiv auf mindestens ein zugeordnetes Gaswechselventil übertragbar. Der Primärhebel ist jeweils endseitig an einem gehäuseseitig gelagerten Abstützelement und gegenüberliegend an dem Ventilschaft des zugeordneten Gaswechselventils abgestützt. Dazwischen ist der Primärhebel über zumindest eine Gleitfläche mit dem zugeordneten Primärnocken in Abgriffkontakt. Der Sekundärhebel ist jeweils schwenkbar an dem Primärhebel gelagert, er ist zum Beispiel über eine drehbar gelagerte Rolle mit dem zugeordneten Sekundärnocken in Abgriffkontakt, und er ist über ein durch eine Stellvorrichtung verstellbares Koppelelement mit dem Primärhebel koppelbar oder von dem Primärhebel entkoppelbar.
Im nicht gekoppelten Zustand des Schlepphebels wird der Hubverlauf des Primärnockens auf das zugeordnete Gaswechselventil übertragen. Bei dem Primärnocken kann es sich auch um einen sogenannten Nullhubnocken handeln, der nur eine kreisrunde Grundkreiskontur aufweist und im nicht gekoppelten Zustand des Schlepphebels eine Hubabschaltung des zugeordneten Gaswechselventils bewirkt. Im gekoppelten Zustand des Schlepphebels wird der Hubverlauf des Sekundärnockens, der üblicherweise eine größere Hubhöhe als der Primärnocken oder einen Zusatzhub erzeugen kann, oder der jeweils größere Ventilhub beider Nocken auf das zugeordnete Gaswechselventil übertragen. Bei dem Zusatzhub kann es sich zum Beispiel um einen Nachhub zur Abgasrückführung oder um einen Dekompressionshub im Arbeitstakt zur Erhöhung der Motorbremswirkung handeln.
Um alternativ zu einer hydraulischen Umschaltung der Schlepphebel mit separaten, zu den Schlepphebeln geführten Schaltdruckleitungen oder einer elektromagnetischen Umschaltung der Schlepphebel mit separaten, zu innerhalb oder außerhalb der Schlepphebel angeordneten Elektromagneten geführten elektrischen Schaltleitungen eine Umschaltung der Schlepphebel der funktionsgleichen Gaswechselventile zu ermöglichen, sind die Koppelelemente der schaltbaren Schlepphebel gemäß der Erfindung jeweils als ein axialbeweglich in einer Querbohrung des Primärhebels geführter Koppelbolzen ausgebildet, der gegen die Rückstellkraft eines Federelementes in eine gegenüberliegende Koppelbohrung oder aus einer gegenüberliegenden Koppelbohrung des jeweiligen Sekundärhebels verschiebbar ist und seitlich aus dem Primärhebel herausragt. Die Querbohrungen in den Primärhebeln und die darin geführten Koppelbolzen sind somit parallel zu der zugeordneten Nockenwelle ausgerichtet. Die Stellvorrichtung weist eine Schaltwelle auf, die oberhalb der Schlepphebel parallel zu der zugeordneten Nockenwelle angeordnet sowie über einen Drehaktuator um ihre Längsachse drehbar ist, und auf der für jeden der schaltbaren Schlepphebel ein Betätigungselement angeordnet ist, mittels dem der jeweilige Koppelbolzen durch eine Drehung der Schaltwelle in einer Stelldrehrichtung in die betreffende Koppelbohrung oder aus der betreffenden Koppelbohrung verschiebbar ist.
Die erfindungsgemäße Stellvorrichtung weist demnach nur einen einzigen Aktuator auf, mittels dem die Sekundärhebel der schaltbaren Schlepphebel durch eine Drehung der Schaltwelle in der Stelldrehrichtung mit den Primärhebeln gekoppelt beziehungsweise von den Primärhebeln entkoppelt und durch eine anschließende Drehung der Schaltwelle entgegen der Stelldrehrichtung wieder von den Primärhebeln entkoppelt beziehungsweise mit den Primärhebeln gekoppelt werden können. Der Drehaktuator kann in Längsrichtung der Schaltwelle an einer geeigneten Stelle an dem Zylinderkopf angeordnet und befestigt sein, an welcher der erforderliche Bauraum zur Verfügung steht, und zu der die zur Betätigung erforderliche Energiezufuhr günstig realisiert werden kann.
Im Vergleich zu einer Stellantriebsanordnung mit separaten hydraulischen oder elektromagnetischen Aktuatoren, die innerhalb oder außerhalb der schaltbaren Schlepphebel angeordnet sein können, sind die erfindungsgemäße Stellvorrichtung sowie die rein mechanisch schaltbaren Schlepphebel deutlich einfacher und Platz sparender aufgebaut sowie kostengünstiger herstellbar. Am Zylinderkopf eines Verbrennungskolbenmotors können auch mehrere derartiger Stellvorrichtungen angeordnet werden, um mehrere Gruppen funktionsgleicher Gaswechselventile, wie Einlassventile und/oder Auslassventile aller oder nur bestimmter Zylinder beziehungsweise bei einem Vierventilzylinderkopf von ersten und zweiten Einlass- und/oder Auslassventilen selektiv umschalten zu können.
Wegen seiner kompakten Bauart und seiner einfachen Steuerbarkeit ist der Drehaktuator bevorzugt als ein Elektromotor mit einer Rotorwelle ausgebildet, die unmittelbar drehfest mit der Schaltwelle verbunden ist oder über eine Untersetzungsgetriebestufe mit der Schaltwelle in Antriebsverbindung ist. Alternativ dazu ist zum Drehantrieb der Schaltwelle jedoch auch die Verwendung eines hydraulischen oder pneumatischen Drehkolbenzylinders möglich, dessen Rotorwelle drehfest mit der Rotorwelle verbunden ist.
Die Betätigungselemente der Schaltwelle sind vorteilhaft als Scheibensegmente ausgebildet, welche jeweils axial benachbart zu dem Koppelbolzen des zugeordneten Schlepphebels drehfest sowie axial unverschiebbar auf der Schaltwelle befestigt sind, und die jeweils einen entgegen der Stelldrehrichtung der Schaltwelle in Richtung des Koppelbolzens angestellten Rampenabschnitt sowie einen an das bolzennahe Ende des Rampenabschnitts anschließenden, rein umfangsseitig verlaufenden Halteabschnitt umfassen.
Bei einer Drehung der Schaltwelle in der Stelldrehrichtung tritt zunächst der jeweilige Rampenabschnitt des Scheibensegmentes mit dem äußeren Ende des zugeordneten Koppelbolzens in Stellkontakt und drückt diesen bei weiterer Drehung der Schaltwelle axial in die Koppelbohrung beziehungsweise aus der Koppelbohrung des betreffenden Sekundärhebels heraus, sofern diese sich in Überdeckung mit dem Koppelbolzen beziehungsweise mit der Querbohrung des Primärhebels befindet beziehungsweise der Koppelbolzen ohne Querkraftbelastung ist, was jeweils bei einem Abgriff beider Nocken im Grundkreis beziehungsweise bei geschlossenem Gaswechselventil der Fall ist. Bei weiterer Drehung der Schaltwelle in der Stelldrehrichtung tritt der Halteabschnitt des Scheibensegmentes in Kontakt mit dem äußeren Ende des Koppelbolzens und hält diesen in der Koppelbohrung beziehungsweise außerhalb der Koppelbohrung.
Zur Lösung oder Wiederherstellung der Koppelverbindung wird die Schaltwelle entgegen der Stelldrehrichtung zurückgedreht, wodurch der Stellkontakt des Scheibensegmentes mit dem Koppelbolzen aufgehoben wird, und der Koppelbolzen von dem zugeordneten Federelement aus der Koppelbohrung herausgedrückt oder in die Koppelbohrung hineingedrückt wird.
Mindestens eines der Scheibensegmente kann zwischen den umfangsseitig äußeren Kanten des Rampenabschnitts und des Halteabschnitts einen Freischnitt aufweisen, wodurch Material eingespart werden kann.
Es ist aber auch möglich, dass bei mindestens einem der Scheibensegmente die umfangsseitig äußeren Kanten des Rampenabschnitts und des Halteabschnitts über einen gegenüber dem Halteabschnitt axial zurückversetzten Verbindungsabschnitt miteinander in Verbindung stehen. Durch den Verbindungsabschnitt ist die Stabilität des Scheibensegmentes erhöht, so dass dieses mit einer geringeren Wandstärke ausgeführt werden kann.
Da die funktionsgleichen Gaswechselventile der Zylinder eines Verbrennungskolbenmotors in der Regel nicht gleichzeitig geschlossen sind und somit die betreffenden Schlepphebel nicht gleichzeitig zur Ankopplung der Sekundärhebel an die Primärhebel oder zur Abkopplung der Sekundärhebel von den Primärhebeln umgeschaltet werden können, sind die Scheibensegmente gemäß einer Weiterbildung des Ventiltriebs zylinderweise umfangsseitig versetzt auf der Schaltwelle angeordnet. Die Umschaltung der Schlepphebel erfolgt somit stufenweise in der Reihenfolge des umfangsseitigen Versatzes der Scheibensegmente, und zwar jeweils dann, wenn die jeweilige Umschaltung durch den Abgriff der Nocken im Grundkreis möglich ist.
Um eine problemlose, insbesondere verschleißarme Umschaltung der Schlepphebel zu gewährleisten, ist der umfangsseitige Versatzwinkel α_S der Scheibensegmente vorzugsweise wenigstens so groß, dass der Koppelbolzen des mindestens einen zuvor umgeschalteten Schlepphebels an dem Halteabschnitt des zugeordneten Scheibensegmentes anliegt, wenn der Koppelbolzen des mindestens einen nachfolgend umzuschaltenden Schlepphebels mit dem Rampenabschnitt des zugeordneten Scheibensegmentes in Kontakt tritt. Somit befindet sich der Koppelbolzen des jeweils zuvor umgeschalteten Schlepphebels vollständig innerhalb oder außerhalb der zugeordneten Koppelbohrung, bevor der Koppelbolzen des nachfolgend umzuschaltenden Schlepphebels betätigt wird. Dadurch wird eine undefinierte Zwischenstellung der Koppelbolzen vermieden, die mit einer hohen Belastung und einem hohen Verschleiß der betreffenden Bauteile verbunden ist.
Damit die Koppelbolzen der zuerst umgeschalteten Schlepphebel bei der weiteren Drehung der Schaltwelle zur Umschaltung der zuletzt umzuschaltenden Schlepphebel innerhalb oder außerhalb ihrer Koppelbohrungen gehalten werden, weisen die Halteabschnitte der in der Stelldrehrichtung der Schaltwelle vorne liegenden Scheibensegmente gemäß einer anderen Ausgestaltung zumindest einen um ihren umfangsseitigen Versatzwinkel zu dem in der Stelldrehrichtung letzten Scheibensegment erweiterten Umfang auf.
Um die schnellstmögliche Umschaltung der Schlepphebel zu ermöglichen, sind die Scheibensegmente vorteilhaft in der Zündreihenfolge der Zylinder, deren Schlepphebel mittels derselben Schaltwelle umschaltbar sind, umfangsseitig versetzt auf der Schaltwelle angeordnet. Bei einem Reihenvierzylindermotor mit einer Zündfolge 1-3-4-2 ist dann das Scheibensegment zur Umschaltung des Schlepphebels des ersten Zylinders in der Stelldrehrichtung der Schaltwelle am weitesten vorne angeordnet, und die Scheibensegmente zur Umschaltung der Schlepphebel des drittem, vierten und zweiten Zylinders sind jeweils in der Stelldrehrichtung umfangsseitig versetzt weiter hinten auf der Schaltwelle angeordnet. Bei einer entsprechenden Triggerung des Stellvorgangs durch das OT-Signal (oberer Totpunkt-Signal) eines üblicherweise vorhandenen Nockenwellensensors kann die Umschaltung der Schlepphebel mit einer konstanten Drehung der Schaltwelle erfolgen.
Der umfangsseitige Versatzwinkel α_S der Scheibensegmente derjenigen Zylinder, deren Schlepphebel mittels derselben Schaltwelle umschaltbar sind, ist bevorzugt nach der Formel α_S = 360° / n_Z * n_SW / n_NW festgelegt, wobei mit nz die Anzahl der betreffenden Zylinder, mit nsw die Stelldrehzahl der Schaltwelle und mit n_NW die Schaltdrehzahl der Nockenwelle bezeichnet sind. Bei einem Viertaktverbrennungsmotor entspricht die Schaltdrehzahl der Nockenwelle n_NW dem halben Wert der entsprechenden Motordrehzahl n_M. Bei einem Vierzylinderreihenmotor (nz = 4) und einer Stelldrehzahl nsw der Schaltwelle, die der halben Schaltdrehzahl n_NW der Nockenwelle entspricht (nsw = n_NW / 2), ergibt sich demzufolge ein umfangsseitiger Versatzwinkel α_S der Scheibensegmente von 45°.
Zur weiteren Verdeutlichung der Erfindung ist der Beschreibung eine Zeichnung mit zwei Ausführungsbeispielen beigefügt. In dieser zeigt

1 eine erste Ausführungsform eines die Merkmale der Erfindung aufweisenden Ventiltriebs eines Verbrennungskolbenmotors mit vier Zylindern und einem funktionsgleichen Gaswechselventil pro Zylinder in einer ausschnittweisen Draufsicht mit zwei schaltbaren Schlepphebeln,
2 den Ventiltrieb gemäß 1 in einer ausschnittweisen Axialansicht mit einem schaltbaren Schlepphebel,
3 eine zweite Ausführungsform eines die Merkmale der Erfindung aufweisenden Ventiltriebs eines Verbrennungskolbenmotors mit vier Zylindern und einem funktionsgleichen Gaswechselventil pro Zylinder in einer ausschnittweisen Draufsicht mit zwei schaltbaren Schlepphebeln,
4 den Ventiltrieb gemäß 3 in einer ausschnittweisen Axialansicht mit einem schaltbaren Schlepphebel,
5 eine Schaltwelle einer Stellvorrichtung der Ventiltriebe gemäß den 1 bis 4 mit einer ersten Ausführungsform von Betätigungselementen in einer perspektivischen Ansicht, und
6 eine Schaltwelle einer Stellvorrichtung der Ventiltriebe gemäß den 1 bis 4 mit einer zweiten Ausführungsform von Betätigungselementen in einer perspektivischen Ansicht.

In den 1 und 2 ist jeweils ausschnittweise eine erste Ausführungsform eines Ventiltriebs 1 eines Verbrennungskolbenmotors mit vier in Reihe angeordneten Zylindern und einem funktionsgleichen Gaswechselventil 2 pro Zylinder abgebildet. Bei den Gaswechselventilen 2 kann es sich um Einlassventile oder um Auslassventile handeln. Eine zugeordnete Nockenwelle 4 weist für jedes der Gaswechselventile 2 zwei identische Primärnocken 5 und einen axial zwischen diesen angeordneten Sekundärnocken 6 auf. Von den beiden Primärnocken 5 ist in 2 wegen der dortigen Axialansicht lediglich ein Primärnocken 5 sichtbar. Der zweite Primärnocken befindet sich verdeckt hinter dem Sekundärnocken 6. Der Ventilhub des Sekundärnockens 6 ist vorliegend beispielhaft größer als der Ventilhub der beiden Primärnocken 5.
Zur selektiven Übertragung der Hubverläufe der Primär- und Sekundärnocken 5, 6 auf das jeweils zugeordnete Gaswechselventil 2 sind schaltbare Schlepphebel vorgesehen. In dem in 1 abgebildeten Ausschnitt des Ventiltriebs 1 sind zwei Schlepphebel 7.3, 7.4 zur Betätigung der Gaswechselventile 2 des dritten Zylinders und des vierten Zylinders des Verbrennungskolbenmotors in der durch den in 2 eingezeichneten Richtungspfeil 8 angegebenen Blickrichtung dargestellt. In dem in 2 abgebildeten Ausschnitt des Ventiltriebs 1 ist unter anderem der Schlepphebel 7.4 zur Betätigung des Gaswechselventils 2 des vierten Zylinders des Verbrennungskolbenmotors in der durch den in 1 eingezeichneten Richtungspfeil 9 angegebenen Blickrichtung dargestellt.
Die schaltbaren Schlepphebel 7.3, 7.4 weisen jeweils einen Primärhebel 10 und einen Sekundärhebel 15 auf. Der Primärhebel 10 ist jeweils weitgehend rahmenförmig ausgebildet und weist zwei Seitenwände 11a, 11b auf. Auf seiner Unterseite ist der Primärhebel 10 jeweils endseitig an einem gehäuseseitig gelagerten Abstützelement 20 mit integriertem hydraulischem Ventilspielausgleichselement abgestützt. Auf seiner Oberseite weist der Primärhebel 10 jeweils an jeder Seitenwand 11a, 11b einen abgewinkelten Vorsprung 12a, 12b mit einer nockenwellenseitig konvex gewölbten Gleitfläche 13a, 13b auf, die als Abgriffelemente zum Abgriff der Hubverläufe der beiden Primärnocken 5 dienen.
Der Sekundärhebel 15 ist jeweils innerhalb des betreffenden Primärhebels 10 angeordnet und über einen an dem von dem Abstützelement 20 abgewandten Ende angeordneten Gelenkbolzen 18 schwenkbar in dem Primärhebel 10 gelagert. In unmittelbarer Nähe des Gelenkbolzens 18 ist der Sekundärhebel 15 jeweils an dem Ventilschaft 3 des zugeordneten Gaswechselventils 2 abgestützt. Aufgrund der Nähe des Gelenkbolzens 18 ist diese Abstützung des Sekundärhebels 15 funktionsgleich mit einer an sich üblichen Abstützung des Primärhebels 10 an dem Gaswechselventil 2.
Als Abgriffelement weist der Sekundärhebel 15 eine drehbar gelagerte Rolle 17 auf, die in einer zentralen Ausnehmung 16 des Sekundärhebels 15 angeordnet ist. Aufgrund der Federkraft einer als Schenkelfeder ausgebildeten Anpressfeder 19, die um den Gelenkbolzen 18 angeordnet und einerseits an Vorsprüngen 14 an den Seitenwänden 11a, 11b des Primärhebels 10 sowie andererseits an der Unterseite des Sekundärhebels 15 abgestützt ist, ist die Rolle 17 auch im nicht gekoppelten Zustand des Schlepphebels 7.3, 7.4 mit dem zugeordneten Sekundärnocken 6 in Abgriffkontakt.
Als Koppelelement zur formschlüssigen Verbindung des Sekundärhebels 15 mit dem Primärhebel 10 ist in jedem der Schlepphebel 7.3, 7.4 jeweils ein Koppelbolzen 21 vorgesehen, der axialbeweglich in einer Querbohrung 25 des Primärhebels 10 geführt und gegen die Rückstellkraft einer als Schraubenfeder ausgebildeten Druckfeder 26 in eine gegenüberliegende Koppelbohrung 27 des Sekundärhebels 15 verschiebbar ist. Der Koppelbolzen 21 ragt jeweils mit seinem axial äußeren Ende 22 seitlich aus dem Primärhebel 10 des Schlepphebels 7.3, 7.4 heraus, ist mit einem axial benachbart befestigten Federteller 23 zur Abstützung der Schraubenfeder 26 versehen, und weist an seinem axial inneren Ende einen Kolbenabschnitt 24 mit einem Durchmesser auf, der größer ist als der Durchmesser des übrigen Kolbenbolzens 21. Im nicht gekoppelten Zustand der Schlepphebel 7.3, 7.4 wird der Hubverlauf der Primärnocken 5 auf die zugeordneten Gaswechselventile 2 übertragen. Im gekoppelten Zustand der Schlepphebel 7.3, 7.4 wird der Hubverlauf des Sekundärnockens 6 auf die zugeordneten Gaswechselventile 2 übertragen.
Zur Betätigung der Koppelbolzen 21 der Schlepphebel 7.3, 7.4 ist eine Stellvorrichtung 29 vorgesehen, die eine Schaltwelle 30 aufweist, welche oberhalb der Schlepphebel 7.3, 7.4 parallel zu der zugeordneten Nockenwelle 4 angeordnet und mittels eines Drehaktuators 32 um ihre Längsachse 31 drehbar ist. Der Drehaktuator ist 32 bevorzugt als ein Elektromotor 33 ausgebildet, dessen Rotorwelle 34 drehfest mit der Schaltwelle 30 verbunden ist. Auf der Schaltwelle 30 ist für jeden der schaltbaren Schlepphebel 7.3, 7.4 ein Betätigungselement 36.1, 36.2, 36.3, 36.4 angeordnet, mittels dem der jeweilige Koppelbolzen 21 durch eine Drehung der Schaltwelle 30 in einer durch einen Drehrichtungspfeil angegebenen Stelldrehrichtung 35 in die Koppelbohrung 27 des zugeordneten Schlepphebels 7.3, 7.4 verschiebbar ist.
Die Betätigungselemente 36.1, 36.2, 36.3, 36.4 sind als Scheibensegmente ausgebildet, die jeweils axial benachbart zu dem Koppelbolzen 21 des jeweils zugeordneten Schlepphebels 7.3, 7.4 drehfest sowie axial unverschiebbar auf der Schaltwelle 30 befestigt sind. Die Scheibensegmente 36.1, 36.2, 36.3, 36.4 umfassen jeweils einen entgegen der Stelldrehrichtung 35 der Schaltwelle 30 in Richtung des Koppelbolzens 21 angestellten Rampenabschnitt 38 sowie einen an das axial bolzennahe Ende des Rampenabschnitts 38 anschließenden, rein umfangsseitig verlaufenden Halteabschnitt 39, welche auf einer Nabe 37 angeordnet und über diese auf der Schaltwelle 30 befestigt sind.
In den 1 und 2 ist die Schaltwelle 30 in einer Drehposition abgebildet, in welcher das dem Schlepphebel 7.3 des dritten Zylinders zugeordnete Scheibensegment 36.3 bereits mit seinem Halteabschnitt 39 an dem äußeren Ende 22 des betreffenden Koppelbolzens 21 anliegt und diesen in die Koppelbohrung 27 des Schlepphebels 7.3 gedrückt hat. In dieser Drehposition der Schaltwelle 30 steht, wie 2 verdeutlicht, das dem Schlepphebel 7.4 des vierten Zylinders zugeordnete Scheibensegment 36.4 mit seinem Rampenabschnitt 38 kurz vor einem Stellkontakt mit dem zugeordneten Koppelbolzen 21, so dass sich dieser noch außerhalb der Koppelbohrung 27 des Schlepphebels 7.4 befindet.
In den 3 und 4 ist jeweils ausschnittweise eine zweite Ausführungsform eines Ventiltriebs 1' eines Verbrennungskolbenmotors mit vier in Reihe angeordneten Zylindern und einem funktionsgleichen Gaswechselventil 2 pro Zylinder abgebildet. Eine zugeordnete Nockenwelle 4' weist für jedes der Gaswechselventile 2 zwei identische Primärnocken 5' und einen axial zwischen diesen angeordneten Sekundärnocken 6' auf. Die Primärnocken 5' sind vorliegend beispielhaft als Nullhubnocken ausgebildet, die jeweils nur eine kreisrunde Grundkreiskontur aufweisen, und durch deren Abgriff das zugeordnete Gaswechselventil geschlossen bleibt. Bei dem Sekundärnocken 6' handelt es sich dagegen um einen Normalhubnocken, durch dessen Abgriff das zugeordnete Gaswechselventil geöffnet wird.
Zur selektiven Hubabschaltung des jeweils zugeordneten Gaswechselventils 2 oder der Übertragung des Hubverlaufes des Sekundärnockens 6' auf das jeweils zugeordnete Gaswechselventil 2 sind ebenfalls schaltbare Schlepphebel vorgesehen. In dem in 3 abgebildeten Ausschnitt des Ventiltriebs 1' sind zwei Schlepphebel 7.3', 7.4' zur Betätigung der Gaswechselventile 2 des dritten Zylinders und des vierten Zylinders des Verbrennungskolbenmotors in der durch den in 4 eingezeichneten Richtungspfeil 8 angegebenen Blickrichtung dargestellt. In dem in 4 abgebildeten Ausschnitt des Ventiltriebs 1' ist unter anderem der Schlepphebel 7.4' zur Betätigung des Gaswechselventils 2 des vierten Zylinders des Verbrennungskolbenmotors in der durch den in 1 eingezeichneten Richtungspfeil 9 angegebenen Blickrichtung dargestellt. Die schaltbaren Schlepphebel 7.3', 7.4' sind mit Ausnahme der Koppelvorrichtung weitgehend identisch zu den Schlepphebeln 7.3, 7.4 der ersten Variante des Ventiltriebs 1 gemäß den 1 und 2 ausgeführt.
Als Koppelelement zur formschlüssigen Verbindung des Sekundärhebels 15 mit dem Primärhebel 10' ist in jedem der Schlepphebel 7.3', 7.4' jeweils ein Koppelbolzen 21' vorgesehen, der axialbeweglich in einer Querbohrung 25' des Primärhebels 10' geführt und gegen die Rückstellkraft einer als Schraubenfeder ausgebildeten Druckfeder 26 aus einer gegenüberliegenden Koppelbohrung 27 des Sekundärhebels 15 verschiebbar ist. Der Koppelbolzen 21' ragt jeweils mit seinem axial äußeren Ende 22' seitlich aus dem Primärhebel 10' des Schlepphebels 7.3', 7.4' heraus, ist mit einem axial benachbart befestigten Federteller 23' zur Abstützung der Schraubenfeder 26 versehen, und weist an seinem axial inneren Ende einen Kolbenabschnitt 24' mit einem größeren Durchmesser auf. Im gekoppelten Zustand der Schlepphebel 7.3', 7.4' wird der Hubverlauf des Sekundärnockens 6' auf die zugeordneten Gaswechselventile 2 übertragen. Im entkoppelten Zustand der Schlepphebel 7.3', 7.4' wird der Hubverlauf der als Nullhubnocken ausgebildeten Primärnocken 5' auf die zugeordneten Gaswechselventile 2 übertragen, wodurch die betreffenden Gaswechselventile geschlossen bleiben.
Zur Betätigung der Koppelbolzen 21' der Schlepphebel 7.3', 7.4' ist dieselbe Stellvorrichtung 29 wie bei der ersten Ausführung des Ventiltriebs 1 gemäß 1 und 2 vorgesehen. Die Stellvorrichtung 29 weist auch hier eine Schaltwelle 30 auf, die oberhalb der Schlepphebel 7.3', 7.4' parallel zu der zugeordneten Nockenwelle 4' angeordnet und mittels eines Drehaktuators 32 um ihre Längsachse 31 drehbar ist.
Auf der Schaltwelle 30 ist für jeden der schaltbaren Schlepphebel 7.3', 7.4' ein Betätigungselement 36.1, 36.2, 36.3, 36.4 angeordnet, mittels dem der jeweilige Koppelbolzen 21' durch eine Drehung der Schaltwelle 30 in einer durch den Drehrichtungspfeil angegebenen Stelldrehrichtung 35 aus der Koppelbohrung 27 des jeweiligen Sekundärhebels 15, in der dieser sich im unbetätigten Ruhezustand befindet, in eine axial benachbarte Koppelbohrung 28 des Primärhebels 10' verschiebbar ist.
In der perspektivischen Ansicht der 5 ist die Schaltwelle 30 vollständig mit allen vier Scheibensegmenten 36.1, 36.2, 36.3, 36.4 in einer Ausgangsstellung abgebildet, in der sich die Koppelbolzen 21, 21' aller Schlepphebel 7.3, 7.4; 7.3', 7.4' in ihrer unbetätigten Ruhestellung befinden. In dieser Abbildung ist gut erkennbar, dass die Scheibensegmente 36.1, 36.2, 36.3, 36.4 baugleich ausgeführt und um einen nicht gesondert eingezeichneten Versatzwinkel von α_S = 45° umfangsseitig versetzt auf der Schaltwelle 30 angeordnet sind. Das Scheibensegment 36.1 des ersten Zylinders ist in Stelldrehrichtung 35 der Schaltwelle 30 vorne angeordnet, und die anderen Scheibensegmente 36.2, 36.3, 36.4 der restlichen Zylinder sind entsprechend der Zündfolge der vier Zylinder 1-3-4-2 um jeweils 45° entgegen der Stelldrehrichtung 35 versetzt auf der Schaltwelle 30 angeordnet. Die Rampenabschnitte 38 der Scheibensegmente 36.1, 36.2, 36.3, 36.4 erstrecken sich jeweils umfangsseitig über einen Winkel von 45°, und die Halteabschnitte 39 weisen jeweils einen Umfang von 180° auf. Zwischen den umfangsseitig äußeren Kanten der Rampenabschnitte 38 und der Halteabschnitte 39 weisen die Scheibensegmente 36.1, 36.2, 36.3, 36.4 jeweils einen Freischnitt 40 auf.
Im Unterschied dazu stehen die umfangsseitig äußeren Kanten der Rampenabschnitte 38 und der Halteabschnitte 39 bei der in der perspektivischen Ansicht von 6 abgebildeten Schaltwelle 30' über jeweils einen gegenüber dem Halteabschnitt 39 axial zurückversetzten Verbindungsabschnitt 41 miteinander in Verbindung, wodurch die Stabilität der Scheibensegmente 36.1', 36.2', 36.3', 36.4' erhöht ist und diese mit einer geringeren Wandstärke ausgeführt sein können.
Bei einer Drehung der Schaltwelle 30, 30' in der Stelldrehrichtung 35 treten die Scheibensegmente 36.1, 36.2, 36.3, 36.4; 36.1', 36.2', 36.3', 36.4' in der durch ihre umfangsseitige Anordnung gemäß der Zündfolge der Zylinder 1-3-4-2 gegebenen Reihenfolge nacheinander mit ihren Rampenabschnitten 38 in Kontakt mit dem axial äußeren Ende 22, 22' des zugeordneten Koppelbolzens 21, 21'. Bei weiterer Drehung der Schaltwelle 30, 30' wird der jeweilige Koppelbolzen 21, 21', sofern das zugeordnete Gaswechselventil 2 gerade geschlossen ist, also die zugeordneten Nocken 5, 6; 5', 6' gerade im Grundkreis abgegriffen werden, durch den jeweiligen Rampenabschnitt 38 in die betreffende Koppelbohrung 27 gedrückt beziehungsweise aus dieser herausgedrückt und mittels des Halteabschnitts 39 in dieser Stellung gehalten. Dadurch ist bei der ersten Ausführung des Ventiltriebs 1 gemäß den 1 und 2 der jeweilige Sekundärhebel 15 an den Primärhebel 10 angekoppelt, so dass dann der Hubverlauf des Sekundärnockens 6 auf das zugeordnete Gaswechselventil 2 übertragen wird. Bei der zweiten Ausführung des Ventiltriebs 1' gemäß den 3 und 4 ist dadurch der jeweilige Sekundärhebel 15 von dem Primärhebel 10' entkoppelt, so dass dann der Hubverlauf des als Nullhubnocken ausgebildeten Primärnockens 5' auf das zugeordnete Gaswechselventil 2 übertragen wird, das betreffende Gaswechselventil 2 also geschlossen bleibt.
Bei einer entsprechenden Triggerung des Stellvorgangs durch das OT-Signal eines üblicherweise vorhandenen Nockenwellensensors kann die Umschaltung der Schlepphebel 7.3, 7.4; 7.3', 7.4' mit einer konstanten Drehbewegung der Schaltwelle 30, 30' erfolgen. Die Entkopplung der Primär- und Sekundärhebel 10, 15 beziehungsweise die Kopplung des Sekundärhebels 15 mit dem Primärhebel 10' erfolgt durch das Zurückdrehen der Schaltwelle 30, 30' entgegen der Stelldrehrichtung 35 bis in ihre Ausgangsstellung. Hierdurch werden dann bei der ersten Ausführung des Ventiltriebs 1 wieder die Hubverläufe der Primärnocken 5 und bei der zweiten Ausführung des Ventiltriebs 1' wieder die Hubverläufe der Sekundärnocken 6' auf die Gaswechselventile 2 übertragen.
Bezugszeichenliste

1, 1': Ventiltrieb
2: Gaswechselventil
3: Ventilschaft
4, 4': Nockenwelle
5, 5': Primärnocken
6, 6': Sekundärnocken
7.3, 7.3': Schlepphebel des dritten Zylinders
7.4, 7.4': Schlepphebel des vierten Zylinders
8: Blickrichtung, Richtungspfeil
9: Blickrichtung, Richtungspfeil
10, 10': Primärhebel
11a, 11b: Seitenwand des Primärhebels
12a, 12b: Vorsprung, Abgriffelement
13a, 13b: Gleitfläche am Vorsprung
14: Vorsprung am Primärhebel
15: Sekundärhebel
16: Ausnehmung im Primärhebel
17: Rolle, Abgriffelement
18: Gelenkbolzen
19: Anpressfeder, Schenkelfeder
20: Abstützelement
21, 21': Koppelbolzen, Koppelelement
22, 22': Äußeres Ende des Koppelbolzens
23, 23': Federteller
24, 24': Kolbenabschnitt
25, 25': Querbohrung
26: Federelement, Druckfeder, Schraubenfeder
27: Koppelbohrung im Sekundärhebel 15
28: Koppelbohrung im Primärhebel 10'
29: Stellvorrichtung
30, 30': Schaltwelle
31: Längsachse der Schaltwelle
32: Drehaktuator
33: Elektromotor
34: Rotorwelle
35: Stelldrehrichtung, Drehrichtungspfeil
36: Betätigungselement, Scheibensegment
36.1, 36.1': Betätigungselement, Scheibensegment des ersten Zylinders
36.2, 36.2': Betätigungselement, Scheibensegment des zweiten Zylinders
36.3, 36.3': Betätigungselement, Scheibensegment des dritten Zylinders
36.4, 36.4': Betätigungselement, Scheibensegment des vierten Zylinders
37: Nabe
38: Rampenabschnitt
39: Halteabschnitt
40: Freischnitt
41: Verbindungsabschnitt
n_M: Motordrehzahl
n_NW: Schaltdrehzahl der Nockenwelle
nsw: Stelldrehzahl der Schaltwelle
n_Z: Anzahl der Zylinder
α_S: Versatzwinkel

ZITATE ENTHALTEN IN DER BESCHREIBUNG
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Zitierte Patentliteratur

US 5544626 A [0008, 0011]
DE 102006057894 A1 [0008]
DE 102006023772 A1 [0009]
DE 102005006056 A1 [0012]
DE 10155827 A1 [0013]
US 6971349 B2 [0015]
EP 2050933 A1 [0015]

Claims

Variabler Ventiltrieb (1) eines Verbrennungskolbenmotors, mit mindestens einem funktionsgleichen Gaswechselventil (2) pro Zylinder, dessen Ventilhub jeweils durch mindestens einen Primärnocken (5) und einen Sekundärnocken (6) einer Nockenwelle (4) vorgegeben sowie mittels eines schaltbaren Schlepphebels (7.3, 7.4) selektiv auf mindestens ein zugeordnetes Gaswechselventil (2) übertragbar ist, wobei der Schlepphebel (7.3, 7.4) einen Primärhebel (10) und einen Sekundärhebel (15) aufweist, wobei der Primärhebel (10) jeweils endseitig an einem gehäuseseitig gelagerten Abstützelement (20) und gegenüberliegend an dem Ventilschaft (3) des zugeordneten Gaswechselventils (2) abgestützt ist sowie dazwischen mit dem zugeordneten Primärnocken (5) in Abgriffkontakt ist, und wobei der Sekundärhebel (15) jeweils schwenkbar an dem Primärhebel (10) gelagert ist, mit dem zugeordneten Sekundärnocken (6) in Abgriffkontakt ist, sowie mittels eines durch eine Stellvorrichtung (29) verstellbaren Koppelelements (21) mit dem Primärhebel (10) koppelbar ist, dadurch gekennzeichnet, dass die jeweiligen Koppelelemente (21) der schaltbaren Schlepphebel (7.3, 7.4) als axialbeweglich in einer Querbohrung (25) des Primärhebels (10) geführte Koppelbolzen ausgebildet sind, dass die Koppelelemente (21) gegen die Rückstellkraft eines jeweils zugeordneten Federelements (26) in eine gegenüberliegende Koppelbohrung (27) des jeweiligen Sekundärhebels (15) verschiebbar sind sowie seitlich aus dem Primärhebel (10) herausragen, dass die Stellvorrichtung (29) eine Schaltwelle (30, 30') aufweist, welche oberhalb der Schlepphebel (7.3, 7.4) parallel zu der zugeordneten Nockenwelle (4) angeordnet sowie mittels eines Drehaktuators (32) um deren Längsachse (31) drehbar ist, und dass auf der Schaltwelle (30, 30') für jeden der schaltbaren Schlepphebel (7.3, 7.4) ein Betätigungselement (36) angeordnet ist, mittels dem der jeweilige Koppelbolzen (21) bei einer Drehung der Schaltwelle (30, 30') in einer Stelldrehrichtung (35) in die zugeordnete Koppelbohrung (27) verschiebbar ist.
Variabler Ventiltrieb (1') eines Verbrennungskolbenmotors, mit mindestens einem funktionsgleichen Gaswechselventil (2) pro Zylinder, dessen Ventilhub jeweils durch mindestens einen Primärnocken (5') und einen Sekundärnocken (6') einer Nockenwelle (4') vorgegeben sowie mittels eines schaltbaren Schlepphebels (7.3', 7.4') selektiv auf mindestens ein zugeordnetes Gaswechselventil (2) übertragbar ist, wobei der Schlepphebel (7.3', 7.4') einen Primärhebel (10') und einen Sekundärhebel (15) aufweist, wobei der Primärhebel (10') jeweils endseitig an einem gehäuseseitig gelagerten Abstützelement (20) und gegenüberliegend an dem Ventilschaft (3) des zugeordneten Gaswechselventils (2) abgestützt ist sowie dazwischen mit dem zugeordneten Primärnocken (5') in Abgriffkontakt ist, und wobei der Sekundärhebel (15) jeweils schwenkbar an dem Primärhebel (10') gelagert ist, mit dem zugeordneten Sekundärnocken (6') in Abgriffkontakt ist, sowie mittels eines durch eine Stellvorrichtung (29) verstellbaren Koppelelements (21') von dem Primärhebel (10') entkoppelbar ist, dadurch gekennzeichnet, dass die jeweiligen Koppelelemente (21') der schaltbaren Schlepphebel (7.3', 7.4') als axialbeweglich in einer Querbohrung (25') des Primärhebels (10') geführte Koppelbolzen ausgebildet sind, dass die Koppelelemente (21') gegen die Rückstellkraft eines jeweils zugeordneten Federelements (26) aus einer gegenüberliegenden Koppelbohrung (27) des jeweiligen Sekundärhebels (15) verschiebbar sind sowie seitlich aus dem Primärhebel (10') herausragen, dass die Stellvorrichtung (29) eine Schaltwelle (30, 30') aufweist, welche oberhalb der Schlepphebel (7.3', 7.4') parallel zu der zugeordneten Nockenwelle (4') angeordnet sowie mittels eines Drehaktuators (32) um deren Längsachse (31) drehbar ist, und dass auf der Schaltwelle (30, 30') für jeden der schaltbaren Schlepphebel (7.3', 7.4') ein Betätigungselement (36) angeordnet ist, mittels dem der jeweilige Koppelbolzen (21') bei einer Drehung der Schaltwelle (30, 30') in einer Stelldrehrichtung (35) aus der zugeordneten Koppelbohrung (27) verschiebbar ist.
Variabler Ventiltrieb nach Anspruch 1 oder 2, dadurch gekennzeichnet, dass der Drehaktuator (32) als ein Elektromotor (33) mit einer Rotorwelle (34) ausgebildet ist, die unmittelbar drehfest mit der Schaltwelle (30, 30') verbunden oder über eine Untersetzungsgetriebestufe mit der Schaltwelle (30, 30') in Triebverbindung ist.
Variabler Ventiltrieb nach einem der Ansprüche 1 bis 3, dadurch gekennzeichnet, dass die Betätigungselemente (36) der Schaltwelle (30, 30') als Scheibensegmente (36.1, 36.2, 36.3, 36.4) ausgebildet sind, welche jeweils axial benachbart zu dem Koppelbolzen (21, 21') des zugeordneten Schlepphebels (7.3, 7.4; 7.3', 7.4') drehfest sowie axial unverschiebbar auf der Schaltwelle (30, 30') befestigt sind, und dass die Betätigungselemente (36) jeweils einen entgegen der Stelldrehrichtung (35) der Schaltwelle (30, 30') in Richtung des Koppelbolzens (21, 21') angestellten Rampenabschnitt (38) sowie einen an das axial bolzennahe Ende des Rampenabschnitts (38) anschließenden rein umfangsseitig verlaufenden Halteabschnitt (39) umfassen.
Variabler Ventiltrieb nach Anspruch 4, dadurch gekennzeichnet, dass mindestens eines der Scheibensegmente (36.1, 36.2, 36.3, 36.4) zwischen den umfangsseitig äußeren Kanten des Rampenabschnitts (38) und des Halteabschnitts (39) einen Freischnitt (40) aufweist.
Variabler Ventiltrieb nach Anspruch 4, dadurch gekennzeichnet, dass bei mindestens einem der Scheibensegmente (36.1', 36.2', 36.3', 36.4') die umfangsseitig äußeren Kanten des Rampenabschnitts (38) und des Halteabschnitts (39) über einen gegenüber dem Halteabschnitt (39) axial zurückversetzten Verbindungsabschnitt (41) miteinander verbunden sind.
Variabler Ventiltrieb nach einem der Ansprüche 4 bis 6, dadurch gekennzeichnet, dass die Scheibensegmente (36.1, 36.2, 36.3, 36.4; 36.1', 36.2', 36.3', 36.4') zylinderweise umfangsseitig versetzt auf der Schaltwelle (30, 30') angeordnet sind.
Variabler Ventiltrieb nach Anspruch 7, dadurch gekennzeichnet, dass der umfangsseitige Versatzwinkel (α_S) der Scheibensegmente (36.1, 36.2, 36.3, 36.4; 36.1', 36.2', 36.3', 36.4') wenigstens so groß ist, dass der Koppelbolzen (21, 21') des mindestens einen zuvor umgeschalteten Schlepphebels (7.3, 7.4; 7.3', 7.4') an dem Halteabschnitt (39) des zugeordneten Scheibensegmentes (36.1, 36.2, 36.3; 36.1', 36.2', 36.3') anliegt, wenn der Koppelbolzen (21, 21') des mindestens einen nachfolgend umzuschaltenden Schlepphebels (7.3, 7.4; 7.3', 7.4') mit dem Rampenabschnitt (38) des zugeordneten Scheibensegmentes (36.2, 36.3, 36.4; 36.2', 36.3', 36.4') in Kontakt tritt.
Variabler Ventiltrieb nach Anspruch 7 oder 8, dadurch gekennzeichnet, dass die Halteabschnitte (39) der in der Stelldrehrichtung (35) der Schaltwelle (30, 30') vorne liegenden Scheibensegmente (36.1, 36.2, 36.3; 36.1', 36.2', 36.3') zumindest einen um ihren umfangsseitigen Versatzwinkel zu dem in der Stelldrehrichtung (35) letzten Scheibensegment (36.4, 36.4') erweiterten Umfang aufweisen.
Variabler Ventiltrieb nach einem der Ansprüche 7 bis 9, dadurch gekennzeichnet, dass die Scheibensegmente (36.1, 36.2, 36.3; 36.1', 36.2', 36.3') in der Zündreihenfolge derjenigen Zylinder, deren Schlepphebel (7.3, 7.4; 7.3', 7.4') mittels derselben Schaltwelle (30, 30') umschaltbar sind, umfangsseitig versetzt auf der Schaltwelle (30, 30') angeordnet sind.