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Die Erfindung betrifft einen Ventiltrieb für einen Verbrennungsmotor mit mindestens einem über einen schaltbaren Schlepphebel betätigbaren Gaswechselventil, wobei der Schlepphebel einen Betätigungszustand, in dem er in Zusammenwirkung mit einer Nockenwelle das Gaswechselventil betätigen kann, und einen Deaktivierungszustand einnehmen kann, in dem er unabhängig von einer Stellung der Nockenwelle das Gaswechselventil nicht betätigt. Zusätzlich betrifft die Erfindung einen Zylinderkopf mit einem solchen Ventiltrieb.
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Solche Ventiltriebe und zugehörige Zylinderköpfe sind aus dem Stand der Technik bekannt. Die Verstellung des Schlepphebels vom Deaktivierungszustand in den Betätigungszustand und umgekehrt erfolgt dabei meist mittels einer Verstellwelle, die am oder im Zylinderkopf gelagert ist.
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Die Aufgabe der Erfindung ist, solche Ventiltriebe und zugehörige Zylinderköpfe weiter zu verbessern. Dabei soll insbesondere eine bessere Integrierbarkeit des Schlepphebelmechanismus, der insbesondere die Verstellwelle und die zugehörigen Schlepphebel umfasst, in vorhandene, meist beschränkte Bauräume erreicht werden. Der Schlepphebelmechanismus soll also auch bei starken Bauraumbeschränkungen in den Zylinderkopf integrierbar sein.
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Die Aufgabe wird durch einen Ventiltrieb der eingangs genannten Art gelöst, der eine um eine Verstellwellenachse drehbare Verstellwelle und ein an der Verstellwelle gelagertes Zwischenelement umfasst, wobei der Schlepphebel mittels Drehen der Verstellwelle über das Zwischenelement vom Betätigungszustand in den Deaktivierungszustand geschaltet werden kann und umgekehrt. Das Zwischenelement wird dabei an der Verstellwelle montiert. Die Verstellwelle betätigt den Schlepphebel also nicht direkt, sondern ausschließlich über das Zwischenelement. Dadurch lassen sich der Schlepphebel und die Verstellwelle relativ frei zueinander positionieren. Eventuell entstehende Abstände können durch das Zwischenelement überbrückt werden. Ein solcher Schlepphebelmechanismus kann also auch unter schwierigen Bauraumbedingungen in einen Zylinderkopf integriert oder am Zylinderkopf angeordnet werden. Durch die Anbringung des Zwischenelements an der Verstellwelle bleibt die bewegte Masse des Ventiltriebs, insbesondere des Schlepphebels, im Vergleich zu einer Betätigung des Schlepphebels ohne Zwischenelement gleich. Der Ventiltrieb kann also weiterhin sehr dynamisch bewegt werden.
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Vorzugsweise liegt das Zwischenelement mit einem Betätigungsabschnitt am Schlepphebel, insbesondere an einer der Verstellwelle zugewandten Stirnseite des Schlepphebels, oder an einem Betätigungselement des Schlepphebels an. Durch die Anlage kann der Schlepphebel stets zuverlässig und präzise vom Betätigungszustand in den Deaktivierungszustand geschaltet werden und umgekehrt. Eine Schaltung des Schlepphebels ist somit hochdynamisch und ohne oder mit nur geringen Latenzzeiten möglich. Darüber hinaus wird so eine unerwünschte Relativbewegung zwischen dem Schlepphebel und dem Betätigungsabschnitt vermieden. In der Folge wird bzw. werden auch unerwünschte Geräusche und/oder unerwünschter Verschleiß vermieden.
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Der Betätigungsabschnitt kann bogenförmig ausgebildet sein, insbesondere kreisbogenförmig. Dann kann eine Positionierung des Zwischenelements relativ zum Schlepphebel auch unter sehr groben Toleranzen erfolgen. Ein sicheres Schalten des Schlepphebels wird dadurch nicht beeinträchtigt. Ferner werden so scharfe Kanten am Betätigungsabschnitt vermieden.
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Auch kann zumindest der Betätigungsabschnitt federnd ausgebildet sein. Insbesondere ist das gesamte Zwischenelement ein federndes Element. Der Betätigungsabschnitt kann dann stets mit einer gewissen Vorspannung am Schlepphebel anliegen. Somit kann eine sichere Betätigung des Schlepphebels erfolgen. Weiter werden so störende Geräusche des Schlepphebelmechanismus vermieden, indem Relativbewegungen zwischen dem Schlepphebel und dem Betätigungsabschnitt vermieden werden. Dies gilt insbesondere, wenn der Schlepphebelmechanismus in einem fahrenden Fahrzeug Vibrationen oder ähnlichen Belastungen unterworfen ist.
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Gemäß einer Ausführungsform ist das Zwischenelement entlang der Verstellwellenachse unverschiebbar auf der Verstellwelle gelagert. Es nimmt also eine axial fest definierte Position ein. Somit ist eine Zwangsläufigkeit gegeben, die ein sicheres Betätigen des Schlepphebels mit sich bringt.
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In einer Gestaltungsvariante ist das Zwischenelement mittels eines Radiallagerabschnitts radial an der Verstellwelle gelagert. Dabei ist die radiale Lagerung als bezüglich der Verstellwellenachse radial zu verstehen. Unter dem Begriff der Verstellwelle wird dabei sowohl eine einteilige als auch eine mehrteilige Verstellwelle verstanden. Bei einer mehrteiligen Verstellwelle sind beispielsweise die Nocken als separate, auf einem Verstellwellengrundkörper befestigte Bauteile ausgeführt. Das Zwischenelement ist also in einer definierten radialen Lage. Somit funktioniert der Schlepphebelmechanismus zuverlässig.
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Der Radiallagerabschnitt des Zwischenelements kann die Verstellwelle umfangsmäßig im Wesentlichen vollständig umgreifen. Zumindest umgreift der Radiallagerabschnitt die Verstellwelle um 180 Grad. Es ist so eine besonders zuverlässige Befestigung des Zwischenelements an der Verstellwelle gegeben. Wenn der Betätigungsabschnitt des Zwischenelements bogenförmig ist, ergibt sich insgesamt eine S-Form des Zwischenelements.
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Ferner kann das Zwischenelement bezüglich der Verstellwellenachse exzentrisch oder zentrisch gelagert sein. Die Verstellwelle kann dabei relativ zum Zwischenelement drehbar sein.
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Bevorzugt ist das Zwischenelement auf einem Lagerabsatz der Verstellwelle gelagert, wobei der Lagerabsatz vorzugsweise gegenüber einem Nocken der Verstellwelle benachbart angeordnet ist. Es können jedem Zwischenelement auch zwei Lagerabsätze zugeordnet sein, die dann vorzugsweise auf zwei entgegengesetzten Seiten eines Nockens liegen. Das Zwischenelement wird so besonders zuverlässig gelagert. Darüber hinaus ist eine solche Lagerung verschleiß- und wartungsarm, vorzugsweise verschleiß- und wartungsfrei.
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In einer Variante ist das Zwischenelement zur Betätigung des Schlepphebels von einer Betätigungskontur der Verstellwelle, insbesondere von einem Nocken, elastisch verformbar. Die Schaltung eines Schlepphebels kann also über eine Betätigungskontur der Verstellwelle genau eingestellt werden. Die Schaltung findet dabei ohne relativ zueinander bewegte Bauteile statt. Ein solcher Mechanismus ist daher im Wesentlichen verschleiß- und wartungsfrei.
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In einer Ausführungsform ist der Radiallagerabschnitt federnd ausgebildet, insbesondere aus einem federnden Metall hergestellt. Das Zwischenelement oder der Radiallagerabschnitt kann aus Federstahl, einem Blechbiegeteil oder als Federpaket ausgebildet sein. Ein solches Element kann einfach und kostengünstig hergestellt werden. Im Betrieb, bei dem es den Umgebungsbedingungen eines Motorraums eines Kraftfahrzeugs unterworfen ist, ist es langlebig.
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Gemäß einer Weiterbildung ist an der Verstellwelle eine Verdrehsicherung angeordnet, mittels der eine Verdrehung des Zwischenelements relativ zur Verstellwelle blockierbar ist. Das Zwischenelement wird also umfangsmäßig an einer bezüglich der Verstellwelle definierten Position gehalten. Dadurch funktioniert der Schlepphebelmechanismus dauerhaft zuverlässig.
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Zusätzlich wird die Aufgabe durch einen Zylinderkopf mit einem erfindungsgemäßen Ventiltrieb gelöst. Ein solcher Zylinderkopf kann aufgrund der guten Integrierbarkeit des erfindungsgemäßen Ventiltriebs vergleichsweise kompakt aufgebaut sein.
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Gemäß einer Ausführungsform ist an einem Zylinderkopfgehäuse eine Verdrehsicherung angeordnet, mittels der eine Verdrehung des Zwischenelements relativ zum Zylinderkopfgehäuse blockierbar ist. Die Anordnung der Verdrehsicherung im Zylinderkopfgehäuse stellt eine Alternative zur Anordnung an der Verstellwelle dar. Die genannten Effekte und Vorteile gelten analog.
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Die Erfindung wird nachstehend anhand verschiedener Ausführungsbeispiele erläutert, die in den beigefügten Zeichnungen gezeigt sind. Es zeigen:
- - 1 schematisch einen Verbrennungsmotor mit einem erfindungsgemäßen Zylinderkopf mit einem erfindungsgemäßen Ventiltrieb,
- - 2 schematisch ein Detail einer ersten Ausführungsform des erfindungsgemäßen Ventiltriebs,
- - 3 schematisch ein Detail einer zweiten Ausführungsform des erfindungsgemäßen Ventiltriebes,
- - 4 schematisch ein Detail einer dritten Ausführungsform des erfindungsgemäßen Ventiltriebes,
- - 5 schematisch einen Schnitt entlang der Linie A - A aus 4,
- - 6 schematisch ein Detail einer vierten Ausführungsform des erfindungsgemäßen Ventiltriebes,
- - 7 schematisch ein Detail einer fünften Ausführungsform des erfindungsgemäßen Ventiltriebes,
- - 8 schematisch ein Detail einer sechsten Ausführungsform des erfindungsgemäßen Ventiltriebes und
- - 9 schematisch einen Schnitt entlang der Linie B - B aus 8.
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In 1 ist ein Verbrennungsmotor 10 gezeigt, der einen Motorblock 12 und einen Zylinderkopf 14 aufweist. Am Zylinderkopf 14 ist ein Ventiltrieb 15 angeordnet.
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Im Motorblock 12 ist ein Kolben 16 beweglich gelagert, der mit einer Kurbelwelle 18 gekoppelt ist. Der Verbrennungsmotor 10 arbeitet nach dem Prinzip eines Hubkolben-Verbrennungsmotors.
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Der Ventiltrieb 15 umfasst zumindest ein Gaswechselventil 20, das zum Beispiel ein Auslassventil sein kann. Das Gaswechselventil 20 wird in Abhängigkeit einer Drehstellung einer Nockenwelle 22 über einen Schlepphebel 24 geöffnet und geschlossen.
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Der Schlepphebel 24 ist dafür über ein Lager 26 verschwenkbar im Zylinderkopf 14 gelagert und zwischen einem Betätigungszustand und einem Deaktivierungszustand schaltbar.
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Wenn sich der Schlepphebel 24 im Betätigungszustand befindet, kann er in Zusammenwirkung mit der Nockenwelle 22 das Gaswechselventil 20 betätigen. Im Deaktivierungszustand betätigt er unabhängig von einer Stellung der Nockenwelle 22 das Gaswechselventil 20 nicht.
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Dabei erfolgt die Schaltung des Schlepphebels 24 über eine Verstellwelle 32, die um eine Verstellwellenachse 34 drehbar ist.
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Die Verstellwelle 32 wirkt nicht direkt mit dem Schlepphebel 24 zusammen, sondern schaltet den Schlepphebel 24 über ein in 1 nicht dargestelltes Zwischenelement 36 vom Betätigungszustand in den Aktivierungszustand und umgekehrt (siehe 2). Das Zwischenelement 36 ist an der Verstellwelle 32 gelagert.
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In einer ersten Ausführungsform, die in 2 gezeigt ist, ist das Zwischenelement 36 als federndes Element ausgebildet, das mit einem Betätigungsabschnitt 38 am Schlepphebel 24, genauer gesagt an einem Betätigungselement 40 des Schlepphebels 24 anliegt.
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Das Zwischenelement 36 ist darüber hinaus mittels eines Lagerabschnitts 42 an der Verstellwelle 32 befestigt.
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Das Zwischenelement 36 ist daher entlang der Verstellwellenachse 34 unverschiebbar auf der Verstellwelle 32 gelagert. Ferner wirkt der Lagerabschnitt 42 auch als Radiallagerabschnitt, sodass das Zwischenelement 36 über den Lagerabschnitt 42 auch radial an der Verstellwelle 32 gelagert ist. Ebenso ist das Zwischenelement 36 umfangsmäßig fest an der Verstellwelle 32 gelagert.
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Die Lagerung des Zwischenelements 36 ist dabei bezüglich der Verstellwellenachse 34 zentrisch.
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In der gezeigten Ausführungsform ist der Betätigungsabschnitt 38 bogenförmig.
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Ferner ist das Zwischenelement 36 in der ersten Ausführungsform insgesamt aus einem federnden Metall hergestellt.
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3 zeigt eine zweite Ausführungsform, die sich lediglich durch die Form des Zwischenelements 36 von der Ausführungsform gemäß 2 unterscheidet.
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Das Zwischenelement 36 gemäß der zweiten Ausführungsform hat radial eine etwas größere Erstreckung als das Zwischenelement 36 der ersten Ausführungsform. Dadurch können größere Abstände zwischen der Verstellwelle 32 und dem Betätigungselement 40 des Schlepphebels 24 überbrückt werden.
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Die Lagerung des Zwischenelements 36 an der Verstellwelle 32 erfolgt wie in der ersten Ausführungsform.
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In 4 ist eine dritte Ausführungsform zu sehen. Auch in dieser Ausführungsform ist das Zwischenelement 36 radial und axial auf der Verstellwelle 32 gelagert. Der Lagerabschnitt 42 ist dafür wieder als Radiallagerabschnitt ausgebildet.
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Wie insbesondere in 5 erkennbar ist, ist das Zwischenelement 36, genauer gesagt der Lagerabschnitt 42, derart auf einem Absatz 43 der Verstellwelle 32 angeordnet, dass das Zwischenelement 36 in Richtung der Verstellwellenachse 34 unverschiebbar gelagert ist.
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Der Lagerabschnitt 42, der ja hier als Radiallagerabschnitt ausgebildet ist, umgreift dabei die Verstellwelle 32 umfangsmäßig im Wesentlichen vollständig (siehe 4).
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Das Zwischenelement 36 ist in der Ausführungsform gemäß 4 und 5 mittels einer nicht weiter dargestellten Verdrehsicherung gegenüber einer Verdrehung um die Verstellwelle 32 blockiert. Der Betätigungsabschnitt 38 läuft also mit der Verstellwelle 32 um.
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Auch das Zwischenelement 36 gemäß der dritten Ausführungsform ist aus einem federnden Metall hergestellt, wobei insbesondere der Betätigungsabschnitt 38 ein federndes Element ist.
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In 6 ist eine vierte Ausführungsform dargestellt, bei der das Zwischenelement 36 gegenüber der Verstellwellenachse 34 exzentrisch auf der Verstellwelle 32 gelagert ist.
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Dabei wird der Lagerabschnitt 42 wieder als Radiallagerabschnitt ausgebildet und analog zum in 4 und 5 dargestellten Beispiel auf einem Exzenterabschnitt 44 der Verstellwelle 32 gelagert.
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Der Betätigungsabschnitts 38 erstreckt sich in dieser Ausführungsform wieder bogenförmig.
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Im Ausführungsbeispiel der 6 ist das Zwischenelement 36 mittels einer Verdrehsicherung 46 gegenüber einer Drehung um ein nicht näher dargestelltes Zylinderkopfgehäuse gesichert. Die Verstellwelle 32 kann sich also relativ zum Zwischenelement 36 drehen. Folglich wird eine Hubbewegung des Exzenterabschnitts 44 auf das Zwischenelement 36 übertragen.
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In 7 ist eine weitere Ausführungsform gezeigt, bei der das Zwischenelement 36 im Unterschied zu den vorgenannten Ausführungsformen als starres Element ausgeführt ist. Es kann beispielsweise ein Blechstanzteil oder ein Kunststoffspritzgussteil sein.
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Analog zur Ausführungsform gemäß 6 wird das Zwischenelement 36 auf dem Exzenterabschnitt 44 der Verstellwelle 32 drehbar gelagert. Es wird darüber hinaus mittels der Verdrehsicherung 46, die im Zylinderkopf 12 angeordnet ist, in einem nicht näher dargestellten Zylinderkopfgehäuse gehalten. Es wird so wieder eine Hubbewegung des Exzenterabschnitts 44 auf das Zwischenelement 36 übertragen.
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Bei der Ausführungsform gemäß 8 und 9 ist das Zwischenelement 36 wieder als federndes Element ausgeführt, das aus einem federnden Metall hergestellt ist.
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Das Zwischenelement wird mittels des Lagerabschnitts 42 radial und axial auf der Verstellwelle 32 gelagert (siehe 9).
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Im Zylinderkopf 14 wirkt es mit der Verdrehsicherung 46 zusammen.
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In der gezeigten Ausführungsform umfasst die Verstellwelle 32 einen Nocken 48. Auf beiden Seiten des Nockens 48 sind Lagerabsätze 49, 50 angeordnet, auf denen das Zwischenelement 36 gelagert ist.
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Wird die Verstellwelle 32 verdreht, so verdreht sich der Nocken 48, der drehfest mit der Verstellwelle 32 verbunden ist, relativ zum Zwischenelement 36. Der Nocken 48 rotiert also innerhalb des Zwischenelements 36.
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Je nach Stellung des Nockens 48 wird dabei das Zwischenelement 36 zur Betätigung des Schlepphebels 24 vom Nocken 48 elastisch verformt.
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Die in den 2 - 9 gezeigten Ausführungsformen können auch kombiniert werden. So kann zum Beispiel ein Zwischenelement 36 gemäß der Ausführungsform aus 2 auf dem Nocken 48 der Ausführungsform aus 8 angeordnet werden. Ferner kann das Zwischenelement 36 aus 2 oder 3 auch wie in 5 dargestellt auf der Verstellwelle 32 gelagert werden.
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Die Verstellwelle 32 kann einteilig oder mehrteilig ausgeführt sein.
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Auch können auf der Verstellwelle 32 mehrere, insbesondere umfangsmäßig versetzte Zwischenelemente 36 zur Betätigung mehrerer Gaswechselventile des Zylinderkopfs vorgesehen sein.
