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Die Erfindung betrifft einen Ventiltrieb für eine Brennkraftmaschine mit einer Nockenwelle und mit wenigstens einem Nockenfolger. Die Erfindung betrifft außerdem eine Brennkraftmaschine mit einem solchen Ventiltrieb.
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Gattungsgemäße Ventiltriebe für eine Brennkraftmaschine mit einer Nockenwelle und mit wenigstens einem Nockenfolger sowie mit wenigstens einer drehfest auf der Nockenwelle angeordneten Nockengruppe mit einem ersten Nocken und mit einem zu dem ersten Nocken axial benachbarten zweiten Nocken sind bereits bekannt. Der Nockenfolger ist dabei in einer ersten Position mit dem ersten Nocken der jeweiligen Nockengruppe und in einer zweiten Position mit dem zweiten Nocken der jeweiligen Nockengruppe antriebsverbunden.
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Eine Verstelleinrichtung des Ventiltriebs mit einem ersten verstellbaren Eingriffsstift und mit einem zweiten verstellbaren Eingriffsstift wirkt mit jeweils einer an der Nockenwelle angeordneten Führung zusammen. Durch die Verstelleinrichtung kann der Nockenfolger zwischen der ersten Position und der zweiten Position verstellt und der Ventiltrieb angesteuert werden. Die erste Führung und die zweite Führung sind dabei an einer Kulissenführung angeordnet, die seitlich an den Nockengruppen an der Nockenwelle angeordnet ist. Durch die Kulissenführung können die an dem Bolzen beabstandet nebeneinander angeordnete Eingriffsstifte zwischen einer Grundposition und einer Schaltposition verstellt werden. Dabei besteht in der Grundposition kein Kontakt mit der zugehörigen Führung, während in der Schaltposition der jeweilige Eingriffsstift mit der zugehörigen Führung zusammenwirkt.
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Die Eingriffsstifte werden herkömmlich durch einen Linearaktuator verstellt. Durch eine beispielsweise elektromechanische Wirkung kann durch den Linearaktuator der Eingriffsstift relativ zu dem Bolzen verstellt werden und mit der entsprechenden Führung zusammenwirken.
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Um eine zuverlässige Funktion des Ventiltriebs gewährleisten zu können, wird üblicherweise eine Axialstellung des Linearaktuators überwacht. Nachteilig hierbei ist jedoch, dass bei einer Fehlfunktion des Linearaktuators, beispielsweise bei einem abgebrochenen Betätigungsstift, nicht hinreichend zuverlässig erkannt werden kann, in welcher Stellung sich der Bolzen tatsächlich befindet.
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Die vorliegende Erfindung beschäftigt sich daher mit dem Problem, für einen Ventiltrieb der gattungsgemäßen Art eine verbesserte oder zumindest eine alternative Ausführungsform anzugeben, die insbesondere eine erhöhte Funktionssicherheit aufweist.
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Dieses Problem wird erfindungsgemäß durch den Gegenstand des unabhängigen Anspruchs 1 gelöst. Vorteilhafte Ausführungsformen sind Gegenstand der abhängigen Ansprüche.
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Die vorliegende Erfindung beruht auf dem allgemeinen Gedanken, eine erhöhte Funktionssicherheit eines erfindungsgemäßen Ventiltriebs dadurch zu erreichen, dass eine direkte oder indirekte Erfassung einer Stellung eines Bolzens bzw. eines Abgriffselements am Bolzen erfolgt und nicht wie bisher lediglich eine Erfassung einer Schaltstellung eines Aktuators. Der erfindungsgemäße Ventiltrieb weist dabei eine Nockenwelle sowie wenigstens einen Nockenfolger auf, wobei die Nockenwelle wenigstens eine drehfeste auf der Nockenwelle festgelegte Nockengruppe mit einem ersten Nocken und mit einem zu dem ersten Nocken axial benachbarten zweiten Nocken aufweist. Der jeweilige Nockenfolger ist dabei über ein axial verstellbares Abgriffselement, beispielsweise eine Rolle, in einer ersten Position mit dem ersten Nocken der jeweiligen Nockengruppe und in einer zweiten Position mit dem je zweiten Nocken der jeweiligen Nockengruppe antriebsverbunden. Der erfindungsgemäße Ventiltrieb weist darüber hinaus eine Verstelleinrichtung mit einem ersten verstellbaren Eingriffsstift und mit einem zweiten verstellbaren Eingriffsstift auf, die an dem Nockenfolger beabstandet nebeneinander angeordnet sind und wobei der erste Eingriffsstift mit einer an der Nockenwelle angeordneten ersten Führung und der zweite Eingriffsstift mit einer an der Nockenwelle angeordneten zweiten Führung einer Kulissenführung zusammenwirken. Der erste Eingriffsstift und der zweite Eingriffsstift sind dabei abwechselnd zwischen einer Grundposition und einer Schaltposition verstellbar, wobei in der Grundposition kein Kontakt mit der zugehörigen Führung besteht, während in der Schaltposition der jeweilige Eingriffsstift mit der zugehörigen Führung zusammenwirkt bzw. in dieser geführt wird. Erfindungsgemäß ist nun zumindest ein Sensor vorgesehen, der direkt oder indirekt eine Axialstellung einer Abgriffselements und damit eine erste und/oder zweite Position des Abgriffselements erfasst. Unter der indirekten Erfassung der Axialstellung des Abgriffselements soll dabei selbstverständlich nicht eine Axialstellung eines Aktuators zur Betätigung der Eingriffsstifte verstanden werden, sondern beispielsweise eine Erfassung einer Axialstellung eines Bolzens, auf welchem die Abgriffselemente drehbar aber axial fest gelagert sind. Selbstverständlich kann zusätzlich auch eine Erfassung einer Stellung eines Aktuators, beispielsweise eines Linearaktuators, durch einen zusätzlichen Hallsensor erfolgen. Mit dem erfindungsgemäßen Sensor kann somit vergleichsweise einfach und kostengünstig die Schaltstellung des Ventiltriebes erfasst werden und zwar selbst dann, sofern beispielsweise ein linear verstellbarer Betätigungsstift eines Linearaktuators abgebrochen ist und somit eine ausschließliche Auswertung der Axialstellung des Betätigungsstiftes keine zuverlässige Aussage über die Schaltstellung des Ventiltriebes erlauben würde. Mit dem erfindungsgemäßen Ventiltrieb kann somit äußerst zuverlässig und zudem äußerst kostengünstig erfasst werden, ob eine Schaltstellung des erfindungsgemäßen Ventiltriebes erfolgt ist und beispielsweise ein Schaltvorgang abgeschlossen wurde.
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Bei einer vorteilhaften Weiterbildung des erfindungsgemäßen Ventiltriebs ist das Abgriffselement eine Rolle, die drehbar aber in Axialrichtung fixiert auf einem axial verschieblich gelagerten Bolzen gelagert ist. Bei einer derartigen Ausführungsform ist es somit möglich, dass der zumindest eine Sensor die Axialstellung der Rolle direkt erfasst oder aber indirekt über eine Axialstellung des Bolzens. Dies kann je nach konstruktiven Gegebenheiten individuell an dem Ventiltrieb vorgesehen bzw. an diesen angepasst werden.
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Bei einer vorteilhaften Weiterbildung der erfindungsgemäßen Lösung sind zwei Sensoren vorgesehen, die indirekt eine Axialstellung des Abgriffselements über eine Axialstellung des Bolzens erfassen. Durch das Vorsehen von zwei Sensoren kann eine erhöhte Erfassungssicherheit der Axialstellung erreicht werden, was sich positiv auf die Funktionssicherheit des erfindungsgemäßen Ventiltriebs auswirkt.
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Zweckmäßig ist der zumindest eine Sensor stirnseitig beabstandet zu dem Bolzen angeordnet, wobei alternativ selbstverständlich auch zwei Sensoren vorgesehen sein können, die an jeweils gegenüberliegenden Stirnseiten des Bolzens angeordnet sind und über die eine Erfassung der Axialstellung des Bolzens indirekt auch die Axialstellung der zumindest einen darauf angeordneten Rolle, das heißt des Abgriffselements, zuverlässig zu erfassen ist. Eine Variante mit lediglich einem Sensor stellt dabei eine kostengünstige Alternative dar, während eine Variante mit zwei Sensoren etwas teurer, dafür jedoch zuverlässiger ist.
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Bei einer weiteren vorteilhaften Ausführungsform der erfindungsgemäßen Lösung zum Betätigen der Verstelleinrichtung ist ein Linearaktuator vorgesehen, wobei außen am Gehäuse des Linearaktuators zumindest ein Sensor angeordnet ist, der eine Axialstellung des Abgriffselements direkt erfasst. Dies bietet den großen Vorteil, dass eine ohnehin zum Aktuator bzw. Linearaktuator führende Verkabelung genutzt bzw. erweitert werden kann, wodurch die Anordnung des zumindest einen Sensors an einer Außenseite des Gehäuses des Aktuators besonders kostengünstig möglich ist. Selbstverständlich können dabei zur Erhöhung der Funktionssicherheit am Gehäuse des Aktuators, beispielsweise des Linearaktuators, auch zwei Sensoren angeordnet sein. Auch bei einer derartigen Ausführungsform kann die bereits für den Aktuator vorgesehene Verkabelung genutzt werden.
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Bei einer weiteren vorteilhaften Ausführungsform der erfindungsgemäßen Lösung weist der Linearaktuator einen axial verstellbaren Betätigungsstift zum Betätigen der Eingriffsstifte der Verstelleinrichtung auf, wobei zumindest ein Sensor zur Erfassung des Betätigungsstiftes vorgesehen ist. Dies stellt eine weitere Fallback-Position dar, sodass in diesem Fall nicht nur die Axialstellung des Abgriffselements direkt oder indirekt erfasst werden kann, sondern zusätzlich auch eine Axialstellung des linear verstellbaren Betätigungsstifts im Linearaktuator.
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Bei einer weiteren vorteilhaften Ausführungsform der erfindungsgemäßen Lösung kann der zumindest eine Sensor als Hallsensor ausgebildet sein. Dieser liefert auch dann ein Signal, wenn das Magnetfeld, in dem er sich befindet, konstant ist. Ein weiterer wichtiger Vorteil von Hall-Sensoren ist, dass zu ihrer Realisierung keine magnetisch aktiven Materialien (wie z.B. Nickel oder Eisen) benötigt werden. Zudem sind Hallsensoren kostengünstig. Alternativ sind selbstverständlich auch ein induktiver Sensor oder elektrische Kontakte oder eine Kombination unterschiedlicher Sensoren denkbar.
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Weitere wichtige Merkmale und Vorteile der Erfindung ergeben sich aus den Unteransprüchen, aus den Zeichnungen und aus der zugehörigen Figurenbeschreibung anhand der Zeichnungen.
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Es versteht sich, dass die vorstehend genannten und die nachstehend noch zu erläuternden Merkmale nicht nur in der jeweils angegebenen Kombination, sondern auch in anderen Kombinationen oder in Alleinstellung verwendbar sind, ohne den Rahmen der vorliegenden Erfindung zu verlassen.
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Bevorzugte Ausführungsbeispiele der Erfindung sind in den Zeichnungen dargestellt und werden in der nachfolgenden Beschreibung näher erläutert, wobei sich gleiche Bezugszeichen auf gleiche oder ähnliche oder funktional gleiche Komponenten beziehen.
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Es zeigen, jeweils schematisch
- 1 einen erfindungsgemäßen Ventiltrieb für eine Brennkraftmaschine mit einem an einem Gehäuse eines Linearaktuators angeordneten Sensor zur direkten Erfassung einer Axialstellung eines Abgriffselements,
- 2 eine Darstellung wie in 1, jedoch mit zwei Sensoren,
- 3 ein erfindungsgemäßen Ventiltrieb mit zwei Sensoren zur Erfassung einer Axialstellung eines Bolzens und damit zur indirekten Erfassung einer Axialstellung eines Abgriffselements.
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Entsprechend den 1 bis 3, weist ein erfindungsgemäßer Ventiltrieb 1 eine Nockenwelle 2 und wenigstens eine Nockenfolger 3 auf. Auf der Nockenwelle 2 ist drehfest wenigstens eine Nockengruppe 4,5, hier sind zwei Nockengruppen 4,5 vorgesehen, festgelegt, mit jeweils einem ersten Nocken 4a, 5a und mit jeweils einem zum ersten Nocken 4a, 5a axial benachbarten zweiten Nocken 4b, 5b. Der Nockenfolger 3 ist dabei über ein axial verstellbares Abgriffselement 3a, 3b in einer ersten Position mit dem ersten Nocken 4a, 5a der jeweiligen Nockengruppe 4 ,5 und in einer zweiten Position mit dem zweiten Nocken 4b, 5b der jeweiligen Nockengruppe 4,5 antriebsverbunden, wobei gemäß den 1 bis 3 die jeweils zweite Position des Abgriffselements 3a, 3b gezeigt ist. Der Ventiltrieb 1 kann dabei Bestandteil einer lediglich angedeuteten Brennkraftmaschine 6 sein und weist einen Aktuator 7, insbesondere einen Linearaktuator 8, zur Betätigung einer Verstelleinrichtung 9 auf, über welche die Abgriffselemente 3a, 3b in Axialrichtung 11, insbesondere zwischen der ersten und der zweiten Position, verstellbar sind.
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Die Verstelleinrichtung 9 besitzt einen ersten verstellbaren Eingriffsstift 9a sowie einen zweiten verstellbaren Eingriffsstift 9b, die an dem Nockenfolger 3 beabstandet zueinander angeordnet sind. Genauer gesagt sind diese im vorliegenden Fall an einem Bolzen 12 angeordnet, der axial verschieblich in einer Halterung 13 des Nockenfolgers 3 gelagert ist. Der erste Eingriffsstift 9a wirkt dabei mit einer an der Nockenwelle 2 angeordneten ersten Führung 10a einer Kulissenführung 10 zusammen, während der zweite Eingriffsstift 9b mit einer an der Nockenwelle 2 angeordneten zweiten Führung 10b einer Kulissenführung 10 zusammenwirkt. Der erste Eingriffsstift 9a und der zweite Eingriffsstift 9b sind dabei abwechselnd zwischen einer Grundposition und einer Schaltposition verstellbar, wobei in der Grundposition kein Kontakt mit der zugehörigen Führung 10a, 10b besteht und in der Schaltposition der jeweilige Eingriffsstift 9a, 9b in die zugehörige Führung 10a, 10b eingreift und dadurch mit dieser zusammenwirkt. Die jeweilige Führung 10a, 10b bewirkt bei einem Eingreifen des zugehörigen Eingriffsstift 9a, 9b durch Drehen der Nockenwelle 2 eine Axialverstellung des Bolzens 12 und damit der Abgriffselemente 3a, 3b zwischen deren erster und zweiter Position.
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Erfindungsgemäß ist nun zumindest ein Sensor 14 vorgesehen, der gemäß den 1 und 2 direkt eine Axialstellung und damit das Vorhandensein einer ersten oder einer zweiten Position des Abgriffselements 3a, 3b erfasst. Alternativ kann der zumindest eine Sensor 14 auch indirekt eine Axialstellung des Abgriffselementes 3a, 3b erfassen, indem er eine Axialstellung des Bolzens 12 erfasst, wie dies gemäß der 3 dargestellt ist.
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Gemäß der 1 ist dabei lediglich ein Sensor 14 vorgesehen, der eine Axialstellung des zugehörigen Abgriffselements 3a erfasst, während gemäß der 2 zwei Sensoren 14 vorgesehen sind.
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Vorteilhafter Weise kann der zumindest eine Sensor 14 als Hallsensor ausgebildet sein. Ein großer Vorteil eines Hallsensors liegt dabei darin, dass diese auch dann ein Signal liefern, wenn das Magnetfeld, in dem er sich befindet, konstant ist. Bei einem Sensor, der aus Magnet und Spule besteht, ist die in der Spule induzierte Spannung gleich Null, sofern Magnet und Spule nicht zueinander bewegt werden. In diesem Fall wird der Magnet nicht erkannt. Ein weiterer wichtiger Vorteil von Hall-Sensoren ist, dass zu ihrer Realisierung keine magnetisch aktiven Materialien (wie z.B. Nickel oder Eisen) benötigt werden. Damit wird das zu messende Magnetfeld nicht schon dadurch verändert, dass man den Sensor hinein bringt. Zudem sind Hallsensoren kostengünstig. Alternativ sind selbstverständlich auch ein induktiver Sensor oder elektrische Kontakte denkbar.
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In den gezeigten Ausführungsformen ist das Abgriffselement 3a, 3b eine Rolle, die drehbar aber in Axialrichtung 11 fixiert auf dem axial verschieblich gelagerten Bolzen 12 gelagert ist. Gemäß den 1 und 2 ist/sind dabei der/die Sensor(en) 14 außen an einem Gehäuse 15 des Aktuators 7, 8 angeordnet, was den großen Vorteil bietet, das eine für den Aktuator 7 bzw. den Linearaktuator 8 ohnehin erforderliche elektrische Verkabelung auch für den zumindest einen Sensor 14 genutzt werden kann. Hierdurch können insgesamt ein Verkabelungsaufwand und damit ein Fertigungsaufwand sowie Herstellungskosten reduziert werden.
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Gemäß der 3 sind zwei Sensoren 14 vorgesehen, die eine Axialstellung der Abgriffselemente 3a, 3b indirekt über eine Axialstellung des Bolzens 12 erfassen, auf welchem die Abgriffselemente 3a, 3b in Axialrichtung fest, jedoch drehbar, gelagert sind. Die Sensoren 14 sind dabei stirnseitig beabstandet zum Bolzen 12 angeordnet.
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Bei einer bevorzugten Ausführungsform der erfindungsgemäßen Lösung ist der Aktuator 7 als Linearaktuator 8 ausgebildet und weist einen axialverstellbaren Betätigungsstift 16 zum Betätigen der Eingriffsstifte 9a, 9b auf, wobei zusätzlich selbstverständlich auch noch ein innerhalb des Gehäuses 15 des Linearaktuators 8 vorgesehener Sensor 14 vorgesehen sein kann, der eine Axialstellung des Betätigungsstiftes 16 erfasst, wie dies mit unterbrochen gezeichneter Linie in 1 dargestellt ist.
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Generell kann mit dem erfindungsgemäßen Ventiltrieb 1 eine deutlich erhöhte Funktionszuverlässigkeit erreicht werden, da nicht wie bisher üblich zur Erfassung der Schaltstellung ausschließlich eine Erfassung der Axialstellung beispielsweise des Betätigungsstiftes 16 eines Linearaktuators 8 erfolgt, sondern die Schaltstellung über die Axialstellung der Abgriffselemente 3a, 3b direkt oder indirekt erfolgt. Dies bietet den großen Vorteil, dass selbst bei einem abgebrochenen oder beschädigten Betätigungsstift 16, ein zuverlässiges Erfassen der Axialstellung der Abgriffselemente 3a, 3b und damit ein zuverlässiges Erfassen der Schaltstellung des Ventiltriebes 1 erfolgen kann.
