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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 erzeugbar sowie mittels eines schaltbaren Schlepphebels selektiv auf mindestens ein zugeordnetes Gaswechselventil übertragbar ist, wobei der jeweilige Schlepphebel einen mit dem zugeordneten Primärnocken in Abgriffkontakt und mit dem zugeordneten Gaswechselventil in Stellkontakt befindlichen Primärhebel sowie einen mit dem zugeordneten Sekundärnocken in Abgriffkontakt befindlichen und über eine Axialverschiebung eines in einer Querbohrung geführten Schaltbolzens mit dem Primärhebel koppelbaren Sekundärhebel aufweist, wobei die jeweiligen Schaltbolzen der Schlepphebel über als Blattfedern ausgebildete Verbindungselemente mit einem langgestreckten Schaltmittel verbunden sind, welches oberhalb der Schlepphebel parallel zu der Nockenwelle angeordnet und mittels eines Linearaktuators gegen die Rückstellkraft eines Federelementes aus einer Ruhestellung in eine Schaltstellung längsverschiebbar ist.
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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 übertragbaren Hubverläufe 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 können die Motorleistung und das Drehmoment erhöht sowie der spezifische Kraftstoffverbrauch des Verbrennungskolbenmotors verringert werden.
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Bei abschaltbaren Ventiltrieben sind üblicherweise jeweils zwei relativ zueinander verschiebbare oder drehbare 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 Federelements 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 abschaltbaren Ventiltrieben entspricht die Ruhestellung des Koppelbolzens meistens dem gekoppelten Zustand der Bauteile des Hubübertragungselementes und die Betätigungsstellung dem entkoppelten Zustand der Bauteile. Bei den abschaltbaren Hubübertragungselementen kann es sich um abschaltbare Tassenstößel, Rollenstößel, Kipphebel, Schlepphebel oder Abstützelemente handeln.
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Bei umschaltbaren Ventiltrieben sind jeweils mindestens zwei relativ zueinander verschiebbare oder drehbare Bauteile eines schaltbaren Hubübertragungselements vorgesehen, von denen das eine Bauteil mit einem zugeordneten Primärnocken einer Nockenwelle mit einem bestimmten Ventilhub sowie mit dem Ventilschaft des zugeordneten Gaswechselventils und das andere Bauteil mit einem zugeordneten Sekundärnocken der Nockenwelle mit einem größeren Ventilhub oder mit einem Zusatzhub in Stellverbindung steht. 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 jeweils größere Ventilhub des Primär- oder Sekundärnockens 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 Federelements 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 meistens 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.
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Die Verstellung von Koppelelementen schaltbarer Hubübertragungselemente erfolgt üblicherweise hydraulisch, indem eine zu Druckräumen der Koppelelemente führende Schaltdruckleitung zum Beispiel über ein Magnetschaltventil wechselweise mit einer Öldruckquelle verbunden oder drucklos geschaltet wird. Eine bekannte Ausführung eines mit einem hydraulisch verstellbaren Koppelbolzen versehenen schaltbaren Schlepphebels, der in einem Verbrennungskolbenmotor zur Hubabschaltung eines Gaswechselventils vorgesehen ist, kann der
DE 10 2006 057 894 A1 entnommen werden. Dagegen ist in der
DE 10 2006 023 772 A1 eine bekannte Ausführung eines schaltbaren Schlepphebels mit einem hydraulisch verstellbaren Koppelbolzen beschrieben, der in einem Verbrennungskolbenmotor zur Hubumschaltung eines Gaswechselventils vorgesehen ist. Die Zuführung des Schaltdrucköls von der jeweiligen Schaltdruckleitung in einen schaltbaren Schlepphebel erfolgt üblicherweise über ein zweiflutiges hydraulisches Abstützelement, wie es beispielsweise aus der
DE 103 30 510 A1 bekannt ist.
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Sollen Gaswechselventile eines Verbrennungskolbenmotors gruppenweise selektiv abgeschaltet oder umgeschaltet werden, so sind bei einer hydraulischen Verstellung der Koppelelemente getrennte Schaltdruckleitungen mit jeweils einem zugeordneten Schaltventil erforderlich. Eine entsprechende hydraulische Stellvorrichtung zur gruppenweise selektiven Verstellung der Koppelelemente eines variablen Ventiltriebs bei einem Verbrennungskolbenmotor mit zwei Einlassventilen und zwei Auslassventilen pro Zylinder ist beispielsweise in der
DE 102 12 327 A1 beschrieben. Die schaltbaren Hubübertragungselemente des Ventiltriebs sind in diesem Fall als schaltbare Tassenstößel ausgebildet.
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Die Verstellung von Koppelelementen schaltbarer Hubübertragungselemente kann jedoch auch elektromagnetisch erfolgen, indem die Koppelelemente jeweils mit einem Elektromagneten in Wirkverbindung stehen, und die Elektromagnete wechselweise bestromt oder stromlos geschaltet werden. Eine bekannte Ausführung eines mit einem elektromagnetisch verstellbaren Koppelbolzen versehenen schaltbaren Schlepphebels, der in einem Verbrennungskolbenmotor zur Hubabschaltung eines Gaswechselventils vorgesehen ist, kann der
US 5 544 626 A entnommen werden. Der Koppelbolzen und der Elektromagnet, dessen Anker mit dem Koppelbolzen verbunden ist, sind längsgerichtet in einem Primärhebel des Schlepphebels angeordnet, wodurch sich eine größere Baulänge der Schlepphebel und eine entsprechend größere Breite des betreffenden Zylinderkopfes ergibt.
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Dagegen ist in der
DE 10 2016 220 859 A1 ein Ventiltrieb eines Verbrennungskolbenmotors mit elektromagnetisch schaltbaren Schlepphebeln beschrieben, der in einem Verbrennungskolbenmotor zur Hubumschaltung der betreffenden Gaswechselventile vorgesehen ist. Die Koppelbolzen sind jeweils längsgerichtet in dem jeweiligen Primärhebel der Schlepphebel angeordnet und mit einer Rampenfläche einer Ankerstange eines zugeordneten Elektromagneten in Kontakt bringbar sowie axial in eine Koppelstellung verschiebbar. Die Elektromagneten sind mit weitgehend vertikaler Ausrichtung oberhalb der Schlepphebel und der zugeordneten Nockenwelle auf einer an dem betreffenden Zylinderkopf befestigten Trägerplatte angeordnet, wodurch sich eine größere Bauhöhe des Zylinderkopfes ergibt.
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Da die Anordnung separater hydraulischer Schaltdruckleitungen oder elektrischer Schaltleitungen in einem Zylinderkopf eines Verbrennungskolbenmotors aufgrund beengter Platzverhältnisse relativ schwierig und aufwendig ist, wurde in der nicht vorveröffentlichten
DE 10 2017 101 792.5 ein variabler Ventiltrieb eines Verbrennungskolbenmotors vorgeschlagen, bei dem der Ventilhub mehrerer funktionsgleieher Gaswechselventile über einen einzigen Aktuator abschaltbar oder umschaltbar ist.
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Die schaltbaren Schlepphebel dieses Ventiltriebs weisen jeweils einen Primärhebel und einen Sekundärhebel auf. Der Primärhebel ist mit seinem einen Ende an einem zugeordneten, gehäuseseitig gelagerten Abstützelement sowie mit seinem anderen Ende an dem Ventilschaft des zugeordneten Gaswechselventils abgestützt und steht zwischen seinen Enden mit dem zugeordneten Primärnocken einer Nockenwelle in Abgriffkontakt. Der Sekundärhebel ist schwenkbar an dem Primärhebel gelagert, steht mit dem zugeordneten Sekundärnocken der Nockenwelle in Abgriffkontakt, und ist mittels eines verschiebbaren Koppelelementes mit dem Primärhebel koppelbar. Die Koppelelemente der schaltbaren Schlepphebel sind jeweils als ein axialbeweglich in einer Querbohrung des Primärhebels geführter Koppelbolzen ausgebildet, der über einen in einer Querbohrung des Sekundärhebels axialbeweglich gelagerten Schaltbolzen gegen die Rückstellkraft eines Federelementes in eine gegenüberliegende Koppelbohrung des Sekundärhebels verschiebbar ist.
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Jeder Schaltbolzen ragt mit seinem äußeren Ende aus dem Sekundärhebel heraus und steht an diesem über ein nach oben gerichtetes, als eine Blattfeder ausgebildetes Verbindungselement mit einer als Flachstab ausgebildeten Schaltstange in Stellverbindung. Dieses langgestreckte Schaltmittel ist oberhalb der Schlepphebel parallel zu der zugeordneten Nockenwelle angeordnet und mittels eines Linearaktuators gegen die Rückstellkraft eines Federelements aus einer Ruhestellung in eine Schaltstellung längsverschiebbar. Die Blattfedern sind nach Art einer Sicherungsscheibe jeweils durch das Aufstecken mit einem Eingriff mit einer endseitig offenen Bohrung in eine an dem äußeren Ende des jeweiligen Schaltbolzens angeordnete Ringnut gelenkig an den Schaltbolzen befestigt und greifen mit ihrem anderen Ende spielbehaftet in jeweils ein Öffnung der Schaltstange ein. Mögliche Ausführungsformen einer derartigen Gelenkverbindung zwischen einer Blattfeder einer Stellvorrichtung und einem Schaltbolzen eines schaltbaren Schlepphebels sind beispielsweise in der nicht vorveröffentlichten
DE 10 2017 119 653.6 angegeben.
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Eine derartige Gelenkverbindung zwischen den Blattfedern und den Schaltbolzen der schaltbaren Schlepphebel ermöglicht zwar einen Ausgleich der Kippbewegung der Schlepphebel bei laufendem Verbrennungskolbenmotor. Aufgrund der axial und radial starren Verbindung hat eine derartige Gelenkverbindung aber den Nachteil, dass bei der Einleitung der Stellkräfte von den Blattfedern in die zugeordneten Schaltbolzen jeweils ein Kippmoment auf die Schaltbolzen übertragen wird, durch das die Reibung der Schaltbolzen in den Querbohrungen der Sekundärhebel erhöht und damit die jeweils erforderliche Axialkraft zur Verschiebung der Schaltbolzen vergrößert wird. Daraus resultiert zwangsläufig eine längere Schaltdauer bei der Umschaltung der schaltbaren Schlepphebel. Zudem ist die Montage der Blattfedern an den Schaltbolzen der schaltbaren Schlepphebel, die bei der Montage des Zylinderkopfes erfolgt, relativ schwierig und daher verbesserungswürdig.
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Der vorliegenden Erfindung lag daher die Aufgabe zugrunde, einen variablen Ventiltrieb eines Verbrennungskolbenmotors der eingangs genannten Bauart vorzustellen, bei dem die Stellverbindung zwischen dem langgestreckten Schaltmittel und den Schaltbolzen der schaltbaren Schlepphebel eine kürzere Schaltdauer bei der Umschaltung der Schlepphebel ermöglicht und einfacher montierbar ist.
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Diese Aufgabe ist bei einem variablen Ventiltrieb mit den Merkmalen des Oberbegriffs des Anspruchs 1 dadurch gelöst, dass die Blattfedern jeweils an ihrem oberen Ende starr an dem erwähnten langgestreckten Schaltmittel befestigt sind sowie mit ihrem unteren Ende spielbehaftet oder gleitbeweglich an der äußeren Stirnwand des Schaltbolzens des jeweiligen Schlepphebels anliegen.
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Die Erfindung geht demnach aus von einem insbesondere aus der
DE 10 2017 101 792.5 bekannten variablen Ventiltrieb eines Verbrennungskolbenmotors, mit mindestens einem funktionsgleichen Gaswechselventil pro Zylinder, dessen Ventilhub jeweils durch mindestens einen Primärnocken und einen Sekundärnocken einer Nockenwelle erzeugbar sowie mittels eines schaltbaren Schlepphebels selektiv auf mindestens ein zugeordnetes Gaswechselventil übertragbar ist, wobei der jeweilige Schlepphebel einen mit dem zugeordneten Primärnocken in Abgriffkontakt und mit dem zugeordneten Gaswechselventil in Stellkontakt befindlichen Primärhebel sowie einen mit dem zugeordneten Sekundärnocken in Abgriffkontakt befindlichen und über eine Axialverschiebung eines in einer Querbohrung geführten Schaltbolzens mit dem Primärhebel koppelbaren Sekundärhebel aufweist, wobei die jeweiligen Schaltbolzen der Schlepphebel über als Blattfedern ausgebildete Verbindungselemente mit einem langgestreckten Schaltmittel verbunden sind, welches oberhalb der Schlepphebel parallel zu der Nockenwelle angeordnet und mittels eines Linearaktuators gegen die Rückstellkraft eines Federelementes aus einer Ruhestellung in eine Schaltstellung längsverschiebbar ist.
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Durch die starre Befestigung der Blattfedern an dem langgestreckten Schaltmittel wird die Stellbewegung desselben bei dessen Verschiebung in Schaltrichtung von der Ruhestellung in die Schaltstellung auch unmittelbar von den Blattfedern durchgeführt und von diesen auf die Schaltbolzen der Schlepphebel übertragen. Die Schaltbolzen derjenigen Schlepphebel, deren Primärhebel die zugeordneten Primärnocken der Nockenwelle gerade im Bereich einer größeren oder der gleichen Hubhöhe abgreifen wie beim Abgriff der Sekundärnocken durch die Sekundärhebel, werden durch die übertragenen Stellkräfte sofort axial nach innen verschoben, wodurch die betreffenden Schlepphebel durch die Ankopplung ihrer Sekundärhebel an die Primärhebel umgeschaltet werden. Die Schaltbolzen derjenigen Schlepphebel, deren Sekundärhebel die zugeordneten Sekundärnocken der Nockenwelle gerade im Bereich einer größeren Hubhöhe abgreifen als beim Abgriff der Primärnocken durch die Primärhebel, werden durch die übertragenen Stellkräfte zunächst nur axial nach innen vorgespannt. Diese Schaltbolzen werden erst dann nach innen verschoben, wenn bei weiterer Drehung der Nockenwelle die zugeordneten Primärnocken im Bereich einer größeren Hubhöhe als die Sekundärnocken abgegriffen werden oder die Primär- und Sekundärnocken zugleich im Grundkreis abgegriffen werden, sowie die Quer- und Koppelbohrungen in den Primär- und Sekundärhebeln der Schlepphebel fluchten, also koaxial zueinander ausgerichtet sind.
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Aufgrund der gleitbeweglichen Stellverbindung zwischen den Blattfedern und den Schaltbolzen der Schlepphebel werden die Schaltbolzen nur mit einer weitgehend axialen Stellkraft beaufschlagt. Die Übertragung einer radialen Querkraft oder eines Kippmomentes auf die Schaltbolzen wird somit vermieden, wodurch die Schaltdauer der Schlepphebel deutlich verkürzt wird. Durch eine geeignete Länge und Breite der Blattfedern ist sichergestellt, dass während der betriebsbedingten Schwenkbewegung der Schlepphebel immer eine ausreichend große Überdeckung beziehungsweise Kontaktfläche zwischen den Blattfedern und den Schaltbolzen der Schlepphebel gegeben ist, so dass die Umschaltung der Schlepphebel jederzeit durchgeführt beziehungsweise eingeleitet werden kann. Das bisher notwendige Erzeugen einer Ringnut in die Schaltbolzen wird dadurch auch überflüssig, so dass die Produktionskosten für die Herstellung der Schlepphebel entsprechend sinken. Auch die Montage der Blattfedern wird dadurch vereinfacht, dass diese nicht mehr einzeln auf die Schaltbolzen der Schlepphebel aufgesteckt werden müssen, sondern zum Beispiel nach einer provisorischen Befestigung an dem langgestreckten Schaltmittel zusammen mit dieser am Zylinderkopf montiert werden können.
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Zur stabilen Befestigung der Blattfedern an der Schaltstange ist bevorzugt vorgesehen, dass das obere Ende der Blattfedern jeweils rechtwinklig abgewinkelt ist, und dass die Blattfedern mit ihrem abgewinkelten oberen Ende an einer der breiteren Außenwände des langgestreckten Schaltmittels anliegen sowie jeweils mittels mindestens zwei Schrauben mit dem Schaltmittel verbunden sind.
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Um eine einfache Montage und Justierung der Blattfedern zu ermöglichen kann vorgesehen sein, dass die Blattfedern mit deren längeren Schenkel, welcher ein unteres Ende aufweist, von oben spielbehaftet durch jeweils eine querschlitzförmige Durchtrittsöffnung in des langgestreckten Schaltmittels geführt sind, und dass das abgewinkelte obere Ende der Blattfedern jeweils an der oberen Außenwand des Schaltmittels anliegt sowie über von oben durch mindestens eine Durchgangsöffnung in dem abgewinkelten oberen Ende geführte Schrauben mit dem langgestreckten Schaltmittel verbunden ist.
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Zur Vereinfachung der Herstellung der Durchgangsöffnungen in den abgewinkelten Enden der Blattfedern und zur Ermöglichung einer axialen Justierung der Blattfedern gegenüber dem langgestreckten Schaltmittel kann vorgesehen sein, dass die Durchgangsöffnungen in den abgewinkelten oberen Enden der Blattfedern jeweils als ein einziges geschlossenes oder endseitig offenes Langloch ausgebildet sind.
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Um eine definierte Krafteinleitung von dem langgestreckten Schaltmittel in die Blattfedern zu gewährleisten, ist gemäß einer anderen Ausführungsform vorgesehen, dass an der unteren Außenwand des langgestreckten Schaltmittels axial beidseitig der jeweiligen Blattfedern jeweils ein Abstützblock mit einem parallel zu dem langgestreckten Schaltmittel ausgerichteten Stützsteg derart befestigt ist, dass die Blattfedern jeweils zwischen den Stützstegen der beiden zugeordneten Abstützblöcke eingespannt sind.
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Weiter kann vorteilhaft vorgesehen sein, dass die auf der Seite des abgewinkelten oberen Endes der Blattfedern angeordneten Abstützblöcke jeweils zusammen mit der betreffenden Blattfeder mittels mindestens zwei Schrauben derart an dem langgestreckten Schaltmittel befestigt sind, dass die Schrauben von oben durch die mindestens eine Durchgangsöffnung in der Blattfeder sowie durch mindestens eine Durchgangsöffnung in dem Schaltmittel geführt sowie mit einer in dem Abstützblock ausgebildeten Gewindebohrung verschraubt sind. Durch die gemeinsame Verschraubung der Blattfedern und der benachbarten Abstützblöcke wird Bauraum eingespart, und die Montage und Justierung der Blattfedern sowie der benachbarten Abstützblöcke an dem langgestreckten Schaltmittel können in einem Arbeitsgang erfolgen.
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In diesem Zusammenhang kann vorgesehen sein, dass die auf der dem abgewinkelten oberen Ende der Blattfedern gegenüberliegenden Seite angeordneten Abstützblöcke jeweils über mindestens zwei Schrauben derart an dem Schaltmittel befestigt sind, dass die Schrauben von oben durch mindestens eine Durchgangsöffnung in dem langgestreckten Schaltmittel geführt sowie mit in dem Abstützblock ausgebildeten Gewindebohrungen verschraubt sind.
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Die Durchgangsöffnungen in dem langgestreckten Schaltmittel sind bevorzugt jeweils als ein einziges geschlossenes Langloch ausgebildet, wodurch deren Herstellung vereinfacht sowie die axiale Justierung der Abstützblöcke gegenüber dem langgestreckten Schaltmittel ermöglicht wird.
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Zur weiteren Verdeutlichung der Erfindung ist der Beschreibung eine Zeichnung beigefügt, in der ein Ausführungsbeispiel dargestellt ist. In der Zeichnung zeigt
- 1 eine bevorzugte Ausführung eines erfindungsgemäßen Ventiltriebs eines Verbrennungskolbenmotors mit drei Zylindern und vier Gaswechselventilen pro Zylinder mit drei schaltbaren Schlepphebeln im nicht umgeschalteten Zustand in einer perspektivischen Übersichtsdarstellung,
- 1 a einen vergrößerten Ausschnitt des Ventiltriebs gemäß 1 im Bereich des Stellkontaktes eines Linearaktuators mit einem langgestreckten Schaltmittel in einer Seitenansicht,
- 2 den Ventiltrieb gemäß 1 mit den drei schaltbaren Schlepphebeln im umgeschalteten Zustand in einer perspektivischen Übersichtsdarstellung,
- 2a einen vergrößerten Ausschnitt des Ventiltriebs gemäß 2 im Bereich des Stellkontaktes des Linearaktuators mit dem langgestreckten Schaltmittel in einer Seitenansicht,
- 3a eine Ausführungsform des langgestreckten Schaltmittels des Ventiltriebs gemäß den 1 bis 2a in einer perspektivischen Ansicht,
- 3b eine Ausführungsform eines als Blattfeder ausgebildeten Verbindungselements des Ventiltriebs gemäß den 1 und 2 in einer perspektivischen Ansicht,
- 3c eine Ausführungsform eines Abstützblockes des Ventiltriebs gemäß den 1 und 2 in einer perspektivischen Ansicht,
- 4a einen vergrößerten Ausschnitt des Ventiltriebs gemäß den 1 und 2 mit dem nicht umgeschalteten langgestreckten Schaltmittel und einem nicht umgeschalteten Schlepphebel in einer Seitenansicht,
- 4b einen vergrößerten Ausschnitt des Ventiltriebs gemäß den 1 und 2 mit dem umgeschalteten langgestreckten Schaltmittel und dem nicht umgeschalteten Schlepphebel in einer Seitenansicht, und
- 4c einen vergrößerten Ausschnitt des Ventiltriebs gemäß den 1 und 2 mit dem umgeschalteten langgestreckten Schaltmittel und dem umgeschalteten Schlepphebel in einer Seitenansicht.
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In der perspektivischen Übersichtsdarstellung von 1 ist ein Ventiltrieb 2 eines Verbrennungskolbenmotors mit drei in Reihe angeordneten Zylindern Z1, Z2, Z3 sowie zwei Einlassventilen und zwei Auslassventilen pro Zylinder teilweise abgebildet, soweit es zur Erläuterung der Erfindung erforderlich ist. Ein Nockenwellenträger 4 eines zweiteiligen Zylinderkopfes des Verbrennungskolbenmotors weist vier halbkreisförmige erste Gleitlagerabschnitte 6 zur Lagerung einer nicht abgebildeten Einlassnockenwelle sowie vier halbkreisförmige zweite Gleitlagerabschnitte 8 zur Lagerung einer Auslassnockenwelle 14 auf. Die restlichen Gleitlagerabschnitte zur Lagerung der Einlassnockenwelle und der Auslassnockenwelle 14 sind jeweils Bestandteil von Lagerdeckeln 10, die nach dem Einsetzen der Nockenwellen 14 auf den Nockenwellenträger 4 aufgesetzt und mit diesem verschraubt werden. In 1 sind nur die Lagerdeckel 10 der Auslassnockenwelle 14 abgebildet.
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Die nicht abgebildeten ersten Auslassventile jedes Zylinders Z1, Z2, Z3 sind über zugeordnete schaltbare Schlepphebel 22 hinsichtlich ihres übertragbaren Hubverlaufs umschaltbar. Dagegen weisen die ebenfalls nicht abgebildeten zweiten Auslassventile jedes Zylinders Z1, Z2, Z3 über zugeordnete nicht schaltbare Schlepphebel, die auch nicht abgebildet sind, eine konstante Hubübertragung auf. Hierzu weist die Auslassnockenwelle 14 für die ersten Auslassventile jeweils einen mittig angeordneten Primärnocken 16 und zwei axial beidseitig des Primärnockens 16 angeordnete Sekundärnocken 18 auf. Für die zweiten Auslassventile weist die Auslassnockenwelle 14 dagegen jeweils nur einen einzigen Nocken 20 auf.
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Wie insbesondere in den Seitenansichten der 4a, 4b und 4c erkennbar ist, umfassen die schaltbaren Schlepphebel 22 jeweils einen Primärhebel 24 und einen Sekundärhebel 26. Der Primärhebel 24 ist auf seiner Unterseite endseitig an einem gehäuseseitig gelagerten Abstützelement 34 mit integriertem hydraulischem Ventilspielausgleichselement und gegenüberliegend an dem Ventilschaft des zugeordneten ersten Auslassventils abgestützt. Auf seiner Oberseite befindet sich der Primärhebel 24 über ein nicht erkennbares Abgriffelement, das vorliegend als eine drehbar gelagerte Rolle ausgebildet ist, mit dem zugeordneten Primärnocken 16 in Abgriffkontakt. Der Sekundärhebel 26 weist eine den Primärhebel 24 umgreifende rahmenförmige Gestalt auf und ist über ein ventilseitig angeordnetes Gelenk schwenkbar an dem Primärhebel 24 gelagert. Aufgrund der Federkraft einer als Schenkelfeder ausgebildeten Anpressfeder 28 befindet sich der Sekundärhebel 26 über nicht erkennbare seitliche Abgriffelemente, die vorliegend als in Längsrichtung konvex gewölbte Gleitflächen ausgebildet sind, in Abgriffkontakt mit den zugeordneten Sekundärnocken 18.
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Die Koppelelemente der schaltbaren Schlepphebel
22, über welche die Sekundärhebel
26 formschlüssig mit den Primärhebeln
24 verbunden werden können, sind jeweils als ein axialbeweglich in einer Querbohrung des Primärhebels
24 geführter Koppelbolzen ausgebildet, der über einen in einer Querbohrung des Sekundärhebels
26 axialbeweglich gelagerten Schaltbolzen
30 gegen die Rückstellkraft eines Federelementes in eine gegenüberliegende Koppelbohrung des Sekundärhebels
26 verschiebbar ist. Die Schaltbolzen
30 ragen jeweils mit ihrem äußeren Ende aus dem Sekundärhebel
26 des betreffenden Schlepphebels
22 heraus und stehen an diesem Ende über jeweils ein nach oben gerichtetes stabförmiges Verbindungselement
36 mit einem langgestreckten Schaltmittel
46 einer Stellvorrichtung
44 in Stellverbindung. Dieses langgestreckte Schaltmittel
46 wird nachfolgend vereinfacht als Schaltstange
46 bezeichnet, es könnte aber gleichsinnig aber auch als Schaltblech oder Flachstab benannt sein. Weitere Details des Aufbaus der schaltbaren Schlepphebel
22 können der
DE 10 2017 101 792.5 entnommen werden.
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Die Verbindungselemente 36 der schaltbaren Schlepphebel 22 sind vorliegend als stabförmige Blattfedern ausgebildet, die an ihrem oberen Ende 38 starr an der Schaltstange 46 befestigt sind und an ihrem unteren Ende 40 spielbehaftet oder gleitbeweglich an der äußeren Stirnwand 32 des jeweiligen Schaltbolzens 30 der Schlepphebel 22 anliegen.
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Wie auch 1 deutlich zeigt, ist die Schaltstange 46 der Stellvorrichtung 44 oberhalb der Schlepphebel 22 parallel zu der Auslassnockenwelle 14 angeordnet und mittels eines Linearaktuators 72 gegen die Rückstellkraft eines Federelementes 76 aus einer Ruhestellung 78 in eine Schaltstellung 82 längsverschiebbar. Der Linearaktuator 72 ist bevorzugt als ein Elektromagnet mit einem in einem Spulenkörper axialbeweglich geführten Anker ausgebildet, dessen Anker sich mit einem Stößel 74 in Stellverbindung befindet. Wie dem in 1a in einer Seitenansicht vergrößert abgebildeten Ausschnitt des Ventiltriebs 2 zu entnehmen ist, liegt der Stößel 74 des Linearaktuators 72 an einem abgewinkelten Ende 48 der Schaltstange 46 an, das innen über das als eine Schraubenfeder ausgebildete Federelement 76 an der benachbarten Stirnwand des Nockenwellenträgers 4 abgestützt ist.
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In der perspektivischen Gesamtansicht von 1 und der ausschnittsweisen Seitenansicht von 1a ist die Schaltstange 46 der Stellvorrichtung 44 in ihrer Ruhestellung 78 abgebildet, in der über die Blattfedern 36 keine Stellkraft auf die Schaltbolzen 30 der schaltbaren Schlepphebel 22 übertragen wird, und somit die Sekundärhebel 26 von den Primärhebeln 24 der Schlepphebel 22 entkoppelt sind.
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In der perspektivischen Gesamtansicht von 2 und der ausschnittsweisen Seitenansicht von 2a ist die Schaltstange 46 der Stellvorrichtung 44 mittels des Stößels 74 des Linearaktuators 72 in der durch einen Richtungspfeil 80 angegebenen Schaltrichtung in ihre Schaltstellung 72 verschoben. In dieser Schaltstellung 72 wird durch die Blattfedern 36 jeweils eine Stellkraft auf die Schaltbolzen 30 der schaltbaren Schlepphebel 22 übertragen, wodurch die Sekundärhebel 26 der Schlepphebel 22 mit den zugeordneten Primärhebeln 24 gekoppelt sind oder die Schaltbolzen 30 der Schlepphebel 22 über die Blattfedern 36 zumindest in Schaltrichtung 80 vorgespannt sind.
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Der nähere Aufbau der Stellverbindung zwischen der Schaltstange 46 der Stellvorrichtung 44 und den Schaltbolzen 30 der schaltbaren Schlepphebel 22 geht aus den perspektivischen Abbildungen von den Einzelteilen 36, 46, 58 in den 3a, 3b und 3c sowie aus dem in den 4a, 4b und 4c in verschiedenen Schaltzuständen der Schaltstange 46 und eines schaltbaren Schlepphebels 22 abgebildeten Ausschnitt des Ventiltriebs 2 hervor.
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Die in 3a als Einzelteil abgebildete Schaltstange 46 ist als ein ausreichend biegesteifer Flachstab ausgebildet, der mit einer seiner breiteren Außenwände 50, 50' den Koppelbolzen 30 der schaltbaren Schlepphebel 22 zugewandt angeordnet sowie in mehreren gehäusefesten Führungsöffnungen 12 des Nockenwellenträgers 4 axialbeweglich geführt ist. Wie die 1 und 2 zeigen, sind die Führungsöffnungen 12 in den Lagerdeckeln 10 der Auslassnockenwelle 14 ausgebildet.
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In der Schaltstange 46 sind für die Befestigung und Justierung der Blattfedern 36 jeweils eine querschlitzförmige Durchtrittsöffnung 52 und axial beidseitig jeweils eine als Langloch ausgebildete Durchgangsöffnung 54, 56 ausgebildet. Eine in 3b als Einzelteil abgebildete Blattfeder 36 weist ein rechtwinklig abgewinkeltes oberes Ende 38 auf, in dem eine als ein endseitig offenes Langloch ausgebildete Durchgangsöffnung 42 ausgebildet ist.
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Den in den 4a bis 4c abgebildeten Ausschnitten des Ventiltriebs 2 ist zu entnehmen, dass die betreffende Blattfeder 36 spielbehaftet von oben in die Durchtrittsöffnung 52 der Schaltstange 46 eingesetzt ist sowie mit ihrem abgewinkelten oberen Ende 38 an der oberen Außenwand 50 der Schaltstange 46 anliegt. Die Blattfeder 36 ist vorliegend beispielhaft derart angeordnet, dass ihr abgewinkeltes oberes Ende 38 in die Schaltrichtung 80 der Schaltstange 46 zeigt. An der unteren Außenwand 50' der Schaltstange 46 ist axial beidseitig der Blattfeder 36 jeweils ein Abstützblock 58, 66 mit einem parallel zu der Schaltstange 46 ausgerichteten Stützsteg 60, 68 derart befestigt, dass die Blattfeder 36 zwischen den Stützstegen 60, 68 der beiden Abstützblöcke 58, 66 eingespannt ist. Die beiden Abstützblöcke 58, 66 sind baugleich ausgeführt.
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Der auf der Seite des abgewinkelten oberen Endes 38 der Blattfeder 36 angeordnete Abstützblock 58 ist zusammen mit der Blattfeder 36 über zwei Schrauben 64 derart an der Schaltstange 46 befestigt, dass die Schrauben 64 von oben durch die Durchgangsöffnung 42 in der Blattfeder 36 sowie durch die betreffende Durchgangsöffnung 54 in der Schaltstange 46 geführt und mit in dem Abstützblock 58 ausgebildeten Gewindebohrungen 62 verschraubt sind. Ein derartiger Abstützblock 58 ist als Einzelteil in der perspektivischen Ansicht von 3c abgebildet. Der auf der dem abgewinkelten Ende 38 der Blattfeder 36 gegenüberliegenden Seite angeordnete zweite Abstützblock 66 ist auf ähnliche Weise mittels zwei Schrauben 70 derart an der Schaltstange 46 befestigt, dass die Schrauben 70 von oben durch die betreffende Durchgangsöffnung 56 in der Schaltstange 46 geführt und mit in dem Abstützblock 66 ausgebildeten Gewindebohrungen verschraubt sind. Mit ihrem unteren Ende 40 liegt die Blattfeder 36 spielbehaftet oder gleitbeweglich an der äußeren Stirnwand 32 des Schaltbolzens 30 an.
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Durch die Ausbildung und Anordnung der Blattfedern 36 beziehungsweise deren Befestigung an der Schaltstange 46 und deren Stellkontakt mit den Schaltbolzen 30 der zugeordneten Schlepphebel 22 werden die einzelnen Stellkräfte jeweils weitgehend querkraftfrei auf die Schaltbolzen 30 übertragen, welches aufgrund der reibungsarmen Axialverschiebung der Schaltbolzen 30 zu einer besonders kurzen Umschaltdauer der Schlepphebel 22 führt. Zudem ist die Montage und Justierung der Blattfedern 36 an der Schaltstange 46 relativ einfach zu bewerkstelligen.
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In der in 4a dargestellten Stellung befindet sich die Schaltstange 46 in ihrer unbetätigten Ruhestellung, so dass die Blattfeder 36 keine Stellkraft auf den Schaltbolzen 30 des Schlepphebels 22 überträgt, und der Sekundärhebel 26 daher von dem Primärhebel 24 entkoppelt ist. Somit wird bei einer Drehung der Auslassnockenwelle 14 der Hubverlauf des Primärnockens 16 über den Primärhebel 24 auf das zugeordnete Auslassventil übertragen.
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In der Abbildung von 4b ist die Schaltstange 46 durch den Linearaktuator 72 in Schaltrichtung 80 axial verschoben und befindet sich in ihrer Schaltstellung 82. Da die Sekundärnocken 18 durch den Sekundärhebel 26 aber gerade im Bereich einer größeren Hubhöhe abgegriffen werden als beim Abgriff des Primärnockens durch den Primärhebel 24 und somit die Quer- und Koppelbohrungen in dem Primär- und Sekundärhebel 24, 26 nicht zueinander fluchten, kann der Schaltbolzen 30 nicht nach innen verschoben werden. Der Schaltbolzen 30 ist daher durch die Blattfeder 36 erkennbar nur axial nach innen vorgespannt.
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Die Axialverschiebung des Schaltbolzens 30 nach innen, durch die der Sekundärhebel 26 formschlüssig mit dem Primärhebel 24 verbunden wird, erfolgt bei weiterer Drehung der Auslassnockenwelle 14, sobald der Primärnocken 16 im Bereich einer größeren Hubhöhe als die Sekundärnocken abgegriffen wird oder die Primär- und Sekundärnocken 16, 18 zugleich im Grundkreis abgegriffen werden, wodurch die Quer- und Koppelbohrungen in dem Primär- und Sekundärhebel 24, 26 zueinander fluchten. In der 4c ist dieser Schaltzustand abgebildet, in dem sich die Schaltstange 46 in ihrer Schaltstellung 82 befindet und der Schlepphebel 22 umgeschaltet ist, also der Sekundärhebel 26 mit dem Primärhebel 24 gekoppelt ist. Im umgeschalteten Zustand des Schlepphebels 22 wird die jeweils höhere Hubkurve des Primärnockens 16 und des Sekundärnockens 18 der Auslassnockenwelle 14 über den Sekundärhebel 26 und den Primärhebel 24 als Hubverlauf auf das zugeordnete Auslassventil übertragen.
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Bezugszeichenliste
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- 2
- Ventiltrieb
- 4
- Nockenwellenträger
- 6
- Erste Gleitlagerabschnitte
- 8
- Zweite Gleitlagerabschnitte
- 10
- Lagerdeckel
- 12
- Führungsöffnung
- 14
- Auslassnockenwelle
- 16
- Primärnocken
- 18
- Sekundärnocken
- 20
- Nocken
- 22
- Schaltbarer Schlepphebel
- 24
- Primärhebel
- 26
- Sekundärhebel
- 28
- Anpressfeder, Schenkelfeder
- 30
- Schaltbolzen
- 32
- Äußere Stirnwand
- 34
- Abstützelement
- 36
- Verbindungselement, Blattfeder
- 38
- Oberes Ende, abgewinkeltes Ende
- 40
- Unteres Ende
- 42
- Durchgangsöffnung, Langloch
- 44
- Stellvorrichtung
- 46
- Schaltmittel, Schaltstange, Schaltblech
- 48
- Abgewinkeltes Ende
- 50
- Obere Außenwand
- 50'
- Untere Außenwand
- 52
- Durchtrittsöffnung
- 54
- Durchgangsöffnung, Langloch
- 56
- Durchgangsöffnung, Langloch
- 58
- Abstützblock
- 60
- Stützsteg am Abstützblock
- 62
- Erste Gewindebohrung im Abstützblock
- 63
- Zweite Gewindebohrung im Abstützblock
- 64
- Erste Schraube
- 66
- Abstützblock
- 68
- Stützsteg
- 70
- Zweite Schraube
- 72
- Linearaktuator, Elektromagnet
- 74
- Stößel
- 76
- Federelement, Schraubenfeder
- 78
- Ruhestellung von Schaltstange, Schaltblech 46
- 80
- Richtungspfeil, Schaltrichtung
- 82
- Schaltstellung von Schaltstange, Schaltblech 46
- Z1
- Erster Zylinder
- Z2
- Zweiter Zylinder
- Z3
- Dritter Zylinder
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ZITATE ENTHALTEN IN DER BESCHREIBUNG
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Zitierte Patentliteratur
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- DE 102006057894 A1 [0005]
- DE 102006023772 A1 [0005]
- DE 10330510 A1 [0005]
- DE 10212327 A1 [0006]
- US 5544626 A [0007]
- DE 102016220859 A1 [0008]
- DE 102017101792 [0009, 0015, 0029]
- DE 102017119653 [0011]
