DE102017214793A1

DE102017214793A1 - Ventiltrieb für eine Brennkraftmaschine

Info

Publication number: DE102017214793A1
Application number: DE102017214793.8A
Authority: DE
Inventors: Georg Emmersberger; Dietmar Knoll; Roland Kraft; Rudolf Schmid; Thomas Steinle
Original assignee: Bayerische Motoren Werke AG
Current assignee: Bayerische Motoren Werke AG
Priority date: 2017-08-24
Filing date: 2017-08-24
Publication date: 2019-02-28
Also published as: EP3673157B1; EP3673157A1; CN110753784A; US11002162B2; US20200191025A1; WO2019037945A1; CN110753784B

Abstract

Ventiltrieb für einen Zylinderkopf einer Brennkraftmaschine, mit einer in einem ersten und einem zweiten Nockenwellenlager drehbar gelagerten ersten Nockenwelle mit zumindest einer Nocke mit einer ersten Nockenkurve und einer zweiten, von der ersten Nockenkurve unterschiedlichen Nockenkurve, wobei mit der ersten oder der zweiten Nockenkurve ein Gaswechselventil betätigbar ist, wobei ein Nockenwellenabschnitt vorgesehen ist mit dem über ein Stellmittel die Nocke derart verschiebbar ist, dass das Gaswechselventil entweder über die erste oder die zweite Nockenkurve betätigbar ist, wobei die erste Nockenwelle und die Nocke eine feste Lage zueinander haben und die erste Nockenwelle in dem ersten und dem zweiten Nockenwellenlager axial verschiebbar ist, wobei für die Nockenwelle eine Axialarretierung vorgesehen ist.Durch die erfindungsgemäße Ausgestaltung des Ventiltriebs wird gegenüber dem Stand der Technik eine deutliche Reduzierung der Herstellkosten erzielt und unerwünschte Verzahnungsgeräusche werden vermieden. Weiter wird die Nockenwelle axial arretiert, je nachdem, welche Nockenkurve mit dem Gaswechselventil wechselwirkt.

Description

Die Erfindung betrifft einen Ventiltrieb für einen Zylinderkopf einer Brennkraftmaschine mit den Merkmalen aus dem Oberbegriff des Patentanspruchs 1.
Zum technischen Umfeld wird beispielsweise auf die Europäische Patentanmeldung EP 0 595 060 A1 hingewiesen. Aus dieser Patentanmeldung ist ein Ventiltrieb einer Brennkraftmaschine bekannt, der axial auf einer Nockenwelle verschiebbare vorgespannte Schiebenocken aufweist. Die Schiebenocken sind in einer ersten Stellung, in welcher Sie mit einer ersten Erhebungskurve auf Einlassventile wirken, in eine zweite Stellung verschoben werden können, in welcher Sie mit einer zweiten Erhebungskurve auf die Einlassventile wirken. Die Schiebenocken liegen in der ersten Stellung formschlüssig an einem Anschlag eines zwischen die Einlassventile und die Schiebenocken geschalteten Übertragungselements an, solange sie mit einem Abschnitt im Bereich des Anschlags laufen. Bei Erreichen des Grundkreises der Schiebenocken werden diese in die zweite Stellung verschoben.
Ein weiteres Beispiel für Schiebenocken ist beispielsweise aus der Deutschen Offenlegungsschrift DE 10 2005 006 489 A1 bekannt. Es handelt sich um eine Nockenwellenanordnung die eine Grundwelle und darauf angeordnete, axial verschiebbare aber drehfest gehaltene Nockenträger aufweist. Dabei sind auf den Nockenträgern Nocken mit mehreren Nockenkurven ausgebildet, die jeweils einen gemeinsamen Grundkreis und unterschiedliche Nockenkurven aufweisen, die voneinander verschiedene Kurvenverläufe aufweisen. Durch die Nocken werden Ventilbetätigungsmittel von zugeordneten Zylindern betätigt. Es sind Steller zum Durchführen von Umschaltvorgängen vorgesehen, wobei bei den Umschaltvorgängen durch axiales Verschieben von Nockenträgern auf der Grundwelle eine andere der Nockenkurven des Nockens in Anlage mit den Ventilbetätigungsmitteln gelangt.
Aus der Deutschen Offenlegungsschrift DE 10 2004 022 833 A1 ist ein weiterer Ventiltrieb für eine Brennkraftmaschine bekannt. Dieser Ventiltrieb umfasst eine Nockenwelle mit einer Schiebenockeneinrichtung, die nebeneinanderliegende, auf Ventile einwirkende Nockenbahnen mit unterschiedlichen Nockenformen und Hubkurven besitzt, welche Hubkurven mit Steuerstifte aufweisende Betätigungselementen zur Verstellung der Verschiebenockeneinrichtung zusammenarbeiten.
Weiter wird auf die Deutsche Patentschrift DE 10 2009 057 633 B3 hingewiesen. Aus dieser Patentschrift sind ein Verfahren zur Herstellung einer gebauten Nockenwelle, sowie ein Nockenwellengrundkörper und eine gebaute Nockenwelle bekannt. Dieses Patent schützt ein Verfahren zur Herstellung einer gebauten Nockenwelle mit zumindest einem drehfesten, axial verschiebbar auf einem Nockenwellengrundkörper angeordneten Nockenelement und mit zumindest einem drehfest und axial nicht verschiebbar auf dem Nockenwellengrundkörper angeordneten Nockenelement, umfassend folgende Verfahrensschritte:

- Bereitstellen eines stabförmigen Nockenwellengrundkörpers,
- Bearbeitung des Nockenwellengrundkörpers durch
- Oberflächenbearbeitung des Nockenwellengrundkörpers in zumindest einem ersten axialen Teilabschnitt durch Einbringung eines sich in axialer Richtung erstreckenden Außenoberflächenprofils,
- Oberflächenbearbeitung des Nockenwellengrundkörpers in zumindest einem, dem ersten Teilabschnitt in einer vorbestimmten Auffädelrichtung gesehen nachgelagerten, zweiten axialen Teilabschnitt, durch zumindest bereichsweises Aufweiten des Nockenwellengrundkörpers auf einen erweiterten Außendurchmesser,
- Bereitstellung einer Mehrzahl von Nockenelementen mit einem Nabenquerschnitt und einem in axialer Richtung sich erstreckenden und mit dem Außenoberflächenprofil des Nockenwellengrundkörpers korrelierenden Innenoberflächenprofils, wobei der Nabenquerschnitt einen minimalen Innendurchmesser aufweist, der kleiner als der maximale Außendurchmesser im zweiten Teilabschnitt des Nockenwellengrundkörpers bemessen ist,
- Montage der Nockenelemente, wobei
- Zumindest ein erstes Nockenelement in Auffädelrichtung über den zumindest einen ersten axialen Teilabschnitt hinweg bis vor den aufgeweiteten Bereich des zumindest einen zweiten axialen Teilabschnitts auf den Nockenwellengrundkörper aufgeschoben wird, d aufgeschobene Nockenelement zu einer vorbestimmten Bezugsposition des Nockenwellengrundkörpers winkelgenau ausgerichtet und durch anschließende axiale Relativbewegung zwischen Nockenelement und Nockenwellengrundkörper kraftformschlüssig mit dem Nockenwellengrundkörper verbunden wird, und wobei anschließend
- Zumindest ein zweites Nockenelement winkelausgerichtet in Auffädelrichtung bis zu den zumindest einen ersten Teilabschnitt auf den Nockenwellengrundkörper aufgeschoben und dort drehfest und axial verschiebbar positioniert wird.

Nachteilig an den o. g. Ventiltrieben sind deren aufwendige und teure Produktion, sowie störende akustische Effekte beim Betrieb der Brennkraftmaschine aufgrund der toleranzbehafteten Axialverzahnung.
Aufgabe der vorliegenden Erfindung ist es, oben genannte Nachteile zu vermieden. Eine weitere Aufgabe der vorliegenden Erfindung ist es, eine axiale Verschiebung der Nockenwelle beim Betrieb der Brennkraftmaschine zu verhindern.
Diese Aufgaben werden durch die Merkmale im kennzeichnenden Teil des Patentanspruchs 1 gelöst.
Vorteilhafte Weiterbildungen der Erfindung sind in den Unteransprüchen beschrieben.
Aufgrund der einstückigen, axial verschiebbaren Nockenwelle werden wegen der fehlenden Axialverzahnung die Herstellkosten wesentlich reduziert und die akustischen Probleme vermieden. Weiter kann aufgrund der vorgeschlagenen Axialarretierung eine beim Betrieb der Brennkraftmaschine entstehende Relativbewegung der Nockenwelle zu dem Stellmittel minimiert werden
Die Ausgestaltung der Axialarretierung gemäß Patentanspruch 2 ist eine bevorzugte Ausführungsform.
Mit der Ausgestaltung gemäß Patentanspruch 3 ist ein einfaches Schalten der Schaltnockenwelle mit gleichzeitiger Arretierung in den Endlagen möglich.
Der Winkelbereich gemäß Patentanspruch 4 ist ein besonders bevorzugter Winkelbereich.
Mit der Ausgestaltung gemäß Patentanspruch 5 wird die Reibung nochmals minimiert.
Mit der Ausgestaltung gemäß Patentanspruch 6 wird der Schaltvorgang deutlich vereinfacht und der Verschleiß minimiert.
Im Folgenden ist die Erfindung anhand eines Ausführungsbeispiels in fünf Figuren näher erläutert.

1 zeigt eine Aufsicht auf einen erfindungsgemäßen Ventiltrieb.
2 zeigt eine Aufsicht auf den erfindungsgemäßen Ventiltrieb mit einer Arretiervorrichtung.
3 zeigt einen Schnitt durch ein Arretierelement der Axialarretierung.
4 zeigt einen Schnitt durch die Axialarretierung.
5 zeigt einen Schnitt durch das Arretierelement in Wirkverbindung mit der Axialarretierung.

Im Folgenden gelten in den 1 bis 5 für gleiche Bauelemente die gleichen Bezugsziffern.
1 zeigt eine Aufsicht auf einen erfindungsgemäßen Ventiltrieb 1 für einen Zylinderkopf einer Brennkraftmaschine. Der nicht bezifferte Zylinderkopf ist ohne Ventildeckel dargestellt, damit der Ventiltrieb 1 sichtbar ist. Der Ventiltrieb 1 ist einlassseitig angeordnet und ist für zwei Zylinder mit vier gleich wirkenden, in 2 dargestellten Gaswechselventilen vorgesehen.
Der erfindungsgemäße Ventiltrieb 1 weist eine in einem ersten und einem zweiten Nockenwellenlager 2, 3 und weiteren, nicht bezifferten Nockenwellenlagern drehbar gelagerte erste Nockenwelle 4 auf. Auslassseitig ist eine zweite, nicht bezifferte Nockenwelle vorgesehen. Die erste Nockenwelle 4 weist in dem vorliegenden Ausführungsbeispiel vier Nocken 5 für vier nicht dargestellte Gaswechselventile für zwei Zylinder der Brennkraftmaschine auf, wobei nur eine Nocke 5 beziffert ist. Die Nocke 5 weist eine erste Nockenkurve 6 und eine zweite, von der ersten Nockenkurve 6 unterschiedliche Nockenkurve 7 auf. Beim Betrieb der Brennkraftmaschine ist das Gaswechselventil über ein Zwischenelement, wie z. B. ein Gleitschlepphebel, entweder von der ersten oder von der zweiten Nockenkurve 6, 7, betätigbar.
Weiter ist ein Nockenwellenabschnitt 8 vorgesehen, mit radial außen umlaufenden Steuernuten in die ein nicht sichtbarer Stift eines Stellmittels 9 eingreift, so dass die Nockenwelle 4 mit der Nocke 5 derart verschiebbar ist, dass das Gaswechselventil entweder über die erste oder die zweite Nockenkurve 6, 7 betätigbar ist.
Die Nockenwelle 4 und der Nocken 5 sind bevorzugt materialeinheitlich und einstückig. In einer weiteren Ausführungsform kann der Nocken auch auf die Nockenwelle 4 aufgeschrumpft oder gefügt sein. Zum Antrieb der Nockenwelle 4 ist ein Stirnzahnrad 17 vorgesehen, welches von einem weiteren, nicht bezifferten Zahnrad antreibbar ist.
Um beim Betrieb der Brennkraftmaschine die Belastung des Stifts des Stellmittels 9 zu reduzieren, ist erfindungsgemäß eine in den folgenden Figuren dargestellte Axialarretierung 10 für die axial verschiebbare Nockenwelle 4 vorgesehen.
2 zeigt eine Aufsicht auf die Axialarretierung 10 für die erste Nockenwelle 4. Die erste Nockenwelle 4 weist in 2 zwei Nocken 5 auf, wobei wiederum nur ein einziger Nocken 5 beziffert ist. Deutlich erkennbar in 2 sind die erste Nockenkurve 6 und die zweite, von der ersten Nockenkurve 6 unterschiedliche Nockenkurve 7. In der Darstellung in 2 sind auch Gaswechselventile 19 erkennbar, mit je einer Ventilfeder 20, von denen jeweils nur eins beziffert ist. Ein Antriebszahnrad, das Stirnzahnrad, für die Nockenwelle 4 ist wiederum mit 17 beziffert. Die Axialarretierung 10 ist eine in 4 dargestellte radial um die Nockenwelle 4 umlaufende Kulisse 11 mit einer ersten und einer zweiten, axial zueinander benachbarte Kulissenbahn 12, 13, in die ein durch ein Federelement 14 vorgespanntes Arretierelement 15 eingreift. Das durch das Federelement 14 vorgespannte Arretierelement 15 ist in einem Bügel 21 angeordnet. Die Axialarretierung 10 ist mit einer Verschraubung 18 an die erste Nockenwelle 4 montiert.
3 zeigt einen Schnitt durch den Bügel 21 mit dem durch das Federelement 14 vorgespannten Arretierelement 15. Der Bügel 21 weist zwei Befestigungsbohrungen 23 auf. Das Arretierelement 15 ist ein durch die Feder 14 vorgespannter Stift, wobei die Vorspannung durch eine Hutmutter 22 einstellbar ist.
4 zeigt einen Schnitt durch die Axialarretierung 10 ohne das vorgespannte Arretierelement 15. Die Kulisse 11 mit der ersten und der zweiten axial zueinander benachbarten Kulissenbahn 12, 13 ist in den vorliegenden Ausführungsbeispiel über ein Wälzlager 25, im vorliegenden Ausführungsbeispiel ein Kugellager, auf der Nockenwelle 4 radial gelagert. In einem anderen Ausführungsbeispiel kann es auch eine Gleitlagerung handeln. Eine Nockenwellenachse ist mit 16 beziffert. Ein Winkel zwischen der zweiten Kulissenbahn 13 und der Nockenwellenachse 16 ist mit α bezeichnet. Weiter sind in dem vorliegenden Ausführungsbeispiel die erste und die zweite Kulissenbahn 12, 13 durch einen zylindrischen Abschnitt 24 axial voneinander beabstandet. Bevorzugt bilden die erste und die zweite Kulissenbahn 12, 13 mit der Nockenwellenachse 16 einen Winkel zwischen 2° und 45°.
5 zeigt einen Schnitt durch das Arretierelement 15 und die Kulisse 11. Die Vorspannung durch das Federelement 14 ist durch einen Pfeil auf das Arretierelement 15 in Richtung Kulisse 11 dargestellt. Ein Verschiebeweg des Arretierelements 15 über die Kulisse 11 ist mit 26 beziffert. Dieser Verschiebeweg 26 entspricht der Breite einer Nockenkurve 6, 7. Ein Winkel zwischen den Kulissenbahnen 12, 13 ist mit β beziffert.
In einem weiteren besonders bevorzugten Ausführungsbeispiel weist die Kulisse 11 über die Kulissenbahnen 12, 13 und den zylindrischen Abschnitt 24 eine axiale Nut auf, in der das Arretierelement 15 axial verschiebbar ist.
Durch die Verwendung der erfindungsgemäßen Axialarretierung 10 kann eine entstehende Relativbewegung der ersten Nockenwelle 4 zu dem Stift des Stellelements 9 minimiert werden. Dies macht eine einteilige Schiebenockenwelle möglich.
Bezugszeichenliste

1: Ventiltrieb
2: erstes Nockenwellenlager
3: zweites Nockenwellenlager
4: erste Nockenwelle
5.: Nocke
6.: erste Nockenkurve
7.: zweite Nockenkurve
8.: Nockenwellenabschnitt
9.: Stellmittel
10.: Axialarretierung
11.: Kulisse
12.: erste Kulissenbahn
13.: zweite Kulissenbahn
14.: Federelement
15.: Arretierelement
16.: Nockenwellenachse
17.: Stirnzahnrad
18.: Verschraubung
19.: Gaswechselventil
20.: Ventilfeder
21.: Bügel
22.: Hutmutter
23.: Befestigungsbohrung
24.: zylindrischer Abschnitt
25.: Wälzlager
26.: Verschiebeweg
α: Winkel zwischen Nockenwellenachse und Kulissenbahn
β: Winkel zwischen den Kulissenbahnen

ZITATE ENTHALTEN IN DER BESCHREIBUNG
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Zitierte Patentliteratur

EP 0595060 A1 [0002]
DE 102005006489 A1 [0003]
DE 102004022833 A1 [0004]
DE 102009057633 B3 [0005]

Claims

Ventiltrieb (1) für einen Zylinderkopf einer Brennkraftmaschine, mit einer in einem ersten (2) und einem zweiten Nockenwellenlager (3) drehbar gelagerten ersten Nockenwelle (4) mit zumindest einer Nocke (5) mit einer ersten Nockenkurve (6) und einer zweiten, von der ersten Nockenkurve (6) unterschiedlichen Nockenkurve (7), wobei mit der ersten oder der zweiten Nockenkurve (6, 7) ein Gaswechselventil betätigbar ist, wobei ein Nockenwellenabschnitt (8) vorgesehen ist mit dem über ein Stellmittel (9) die Nocke (5) derart verschiebbar ist, dass das Gaswechselventil entweder über die erste oder die zweite Nockenkurve (6, 7) betätigbar ist, dadurch gekennzeichnet, dass die erste Nockenwelle (4) und die Nocke (5) eine feste Lage zueinander haben und die erste Nockenwelle (4) in dem ersten und dem zweiten Nockenwellenlager (2, 3) axial verschiebbar ist, wobei für die Nockenwelle (4) eine Axialarretierung (10) vorgesehen ist.
Ventiltrieb nach Anspruch 1, dadurch gekennzeichnet, dass die Axialarretierung (10) eine radial um die Nockenwelle (4) umlaufende Kulisse (11) mit einer ersten und einer zweiten, axial zueinander benachbarten Kulissenbahn (12, 13) ist, in die ein durch ein Federelement (14) vorgespanntes Arretierelement (15) eingreift.
Ventiltrieb nach Patentanspruch 1 oder 2, dadurch gekennzeichnet, dass die erste und die zweite Kulissenbahn (12, 13) durch einem zylindrischen Abschnitt (24) voneinander beabstandet sind.
Ventiltrieb nach einem der Patentansprüche 2 oder 3, dadurch gekennzeichnet, dass die erste und die zweite Kulissenbahn (12, 13) mit einer Nockenwellenachse (16) jeweils einen gegenläufigen Winkel α zwischen 2° und 45° bilden.
Ventiltrieb nach einem der Patentansprüche 2 bis 4, dadurch gekennzeichnet, dass die Kulisse (11) auf der Nockenwelle (4) wälz- oder gleitgelagert ist.
Ventiltrieb nach einem der Patentansprüche 2 bis 5, dadurch gekennzeichnet, dass die Kulisse (11) über die Kulissenbahnen (12, 13) und den zylindrischen Abschnitt (14) eine axiale Nut aufweist.