DE102017221870A1

DE102017221870A1 - Ventiltrieb für eine Brennkraftmaschine

Info

Publication number: DE102017221870A1
Application number: DE102017221870.3A
Authority: DE
Inventors: Georg Emmersberger
Original assignee: Bayerische Motoren Werke AG
Current assignee: Bayerische Motoren Werke AG
Priority date: 2017-12-05
Filing date: 2017-12-05
Publication date: 2018-11-22

Abstract

Die Erfindung betrifft einen Ventiltrieb für einen Zylinderkopf einer Brennkraftmaschine sowie ein Fahrzeug. Der Ventiltrieb weist eine in einem ersten und einem zweiten Nockenwellenlager drehbar gelagerte Nockenwelle mit zumindest einem Nocken mit einer ersten Nockenkurve und einer zweiten, von der ersten Nockenkurve unterschiedlichen Nockenkurve auf, wobei mit der ersten und/oder der zweiten Nockenkurve ein Gaswechselventil betätigbar ist, wobei ein Nockenwellenabschnitt vorgesehen ist mit dem über ein Stellmittel der Nocken derart verschiebbar ist, dass das Gaswechselventil entweder über die erste oder die zweite Nockenkurve betätigbar ist, wobei die Nockenwelle und der wenigstens eine Nocken drehfest zueinander sind und der wenigstens eine Nocken axial verschiebbar ist und mittels einer Axialarretierung feststellbar ist, welche eine radial um die Nockenwelle umlaufende Profillaufrolle mit einer Vertiefung aufweist, in die wenigstens ein erstes, insbesondere vorgespanntes, Arretierelement oder ein von dem ersten Arretierelement beabstandetes zweites, insbesondere vorgespanntes, Arretierelement eingreifbar ist.

Description

Die Erfindung betrifft einen Ventiltrieb für einen Zylinderkopf einer Brennkraftmaschine sowie ein Fahrzeug.
In Kraftfahrzeugen wird der Ventiltrieb von Brennkraftmaschinen mittels einer Nockenwelle durch Öffnen und Schließen der Lufteinlass- und Abgasaustrittskanäle gesteuert. Die Nockenwelle kann während des Betriebs der Brennkraftmaschine auch mittels einer Nockenwellenverstellung gegenüber der Kurbelwelle verdreht werden, womit das Öffnen und Schließen der Lufteinlass- und Abgasaustrittskanäle adaptiert werden kann, um die Leistung und das Drehmoment einer Brennkraftmaschine an verschiedene Lastbereiche anzupassen.
Es ist eine Aufgabe der vorliegenden Erfindung, die Nockenwellenverstellung robuster zu gestalten. Insbesondere ist eine Aufgabe der Erfindung, die Nockenwellenverstellung verschleißfreier und wartungsarmer zu ermöglichen.
Ein erster Aspekt der Erfindung betrifft einen Ventiltrieb für einen Zylinderkopf einer Brennkraftmaschine, mit einer in einem ersten und einem zweiten Nockenwellenlager drehbar gelagerten Nockenwelle mit zumindest einem Nocken mit einer ersten Nockenkurve und einer zweiten, von der ersten Nockenkurve unterschiedlichen Nockenkurve, wobei mit der ersten und/oder der zweiten Nockenkurve ein Gaswechselventil betätigbar ist, wobei ein Nockenwellenabschnitt vorgesehen ist mit dem über ein Stellmittel der Nocken derart verschiebbar ist, dass das Gaswechselventil entweder über die erste oder die zweite Nockenkurve betätigbar ist,
wobei der Ventiltrieb wenigstens ein erstes, insbesondere vorgespanntes, Arretierelement und ein von dem ersten Arretierelement beabstandetes zweites, insbesondere vorgespanntes, Arretierelement aufweist,
wobei die Nockenwelle und der wenigstens eine Nocken drehfest zueinander sind und der wenigstens eine Nocken axial verschiebbar ist und mittels einer Axialarretierung feststellbar ist, welche eine radial um die Nockenwelle umlaufende Profillaufrolle mit einer Vertiefung aufweist, in die das erste Arretierelement oder das zweite Arretierelement eingreifbar ist.
Ein zweiter Aspekt der Erfindung betrifft ein Fahrzeug aufweisend einen erfindungsgemäßen Ventiltrieb.
Durch den erfindungsgemäßen Ventiltrieb wird erreicht, dass keine aufwändige Innen-und Außenverzahnung zur Lagerung der Schaltnockenwelle benötigt wird. Insbesondere wird durch den erfindungsgemäßen Ventiltrieb ermöglicht, dass der Ventiltrieb eine zusätzliche Arretierung aufweist, mit welcher die Nockenwelle wenigstens im Wesentlichen verschleißfrei und wartungsarm gelagert werden kann. Ferner kann die Gefahr eines sogenannten Ausschlagens und somit einer mechanischen Überbeanspruchung an einem Stellmittel zur Nockenwellenverstellung der Nockenwelle verringert werden.
In einer bevorzugten Ausgestaltung des Ventiltriebs haben die Nockenwelle und der wenigstens eine Nocken zusätzlich in Längsrichtung der Nockenwelle eine feste Lage zueinander. Dadurch kann erreicht werden, dass die mechanische Beanspruchung verringert und somit die Langlebigkeit der Nockenwelle erhöht wird.
In einer weiteren bevorzugten Ausgestaltung des Ventiltriebs haben die Axialarretierung und die Nockenwelle in Längsrichtung der Nockenwelle eine feste Lage zueinander. Durch diese Anordnung wird ermöglicht, dass unabhängig von der Nockenwellenstellung die Axialarretierung an der gleichen Position in Bezug zur Nockenwelle ausgebildet ist.
In einer weiteren bevorzugten Ausgestaltung des Ventiltriebs haben der wenigstens eine Nocken und die Axialarretierung eine feste Lage zueinander und sind in Längsrichtung der Nockenwelle gemeinsam längsverschiebbar gelagert. Somit kann ein Eingreifen des ersten oder zweiten Arretierelements in die Axialarretierung in Abhängigkeit des Nockens erfolgen, ohne dass die Arretierelemente in Längsrichtung der Nockenwelle verschoben werden müssen.
In einer weiteren bevorzugten Ausgestaltung des Ventiltriebs ist das erste und das zweite Arretierelement durch jeweils ein Federelement vorgespannt. Durch diese Vorspannung wird ein verschleißarmes und wartungsarmes Eingreifen des ersten oder zweiten Arretierelements ermöglicht.
In einer weiteren bevorzugten Ausgestaltung des Ventiltriebs ist die Profillaufrolle auf der Nockenwelle wälz- oder gleitgelagert. Durch diese Ausgestaltung kann die Reibung verringert, insbesondere minimiert werden, welche während des Betriebs der Ventiltriebs entsteht.
In einer weiteren bevorzugten Ausgestaltung des Ventiltriebs ist die Vertiefung in der Profillaufrolle im Querschnitt wenigstens im Wesentlichen trapezförmig mit stetig gekrümmten Seitenkanten ausgebildet. Dadurch kann ein Eingreifen des ersten oder des zweiten Arretierelements in die Vertiefung der Profillaufrolle sowie ein Herausführen des ersten oder zweiten Arretierelements aus der Vertiefung der Profillaufrolle vereinfacht werden, da durch die stetig gekrümmten Seitenkanten eine besonders gleitfähige Bewegung des ersten oder des zweiten Arretierelements, insbesondere in Bezug auf deren Vorspannung und in Längsrichtung der Nockenwelle, ermöglicht werden.
In einer weiteren bevorzugten Ausgestaltung des Ventiltriebs ist jeweils derjenige Bereich des ersten und des zweiten Arretierlelements, welcher in die Vertiefung der Profillaufrolle eingreift, wenigstens im Wesentlichen halbkugelförmig ausgebildet. Durch diese Ausgestaltung kann zusätzlich eine besonders gleitfähige Bewegung des ersten oder des zweiten Arretierelements, insbesondere in Bezug auf deren Vorspannung und in Längsrichtung der Nockenwelle, ermöglicht werden.
In einer weiteren bevorzugten Ausgestaltung des Ventiltriebs sind mehrere Arretierelemente, vorzugsweise drei Arretierelemente, weiter vorzugsweise vier Arretierelemente voneinander beabstandet und in die Vertiefung der Profillaufrolle eingreifbar und insbesondere vorgespannt. Dadurch kann erreicht werden, dass eine Mehrzahl an verschiedenen Nockenkurven einstellbar sind, mittels welcher die Nockenwellenverstellung gegenüber der Kurbelwelle verwirklicht wird.
Die in Bezug auf den ersten Aspekt der Erfindung und dessen vorteilhafte Ausgestaltung beschriebenen Merkmale und Vorteile gelten auch für den zweiten und dritten Aspekt der Erfindung und dessen vorteilhafte Ausgestaltung sowie umgekehrt.
Weitere Merkmale, Vorteile und Anwendungsmöglichkeiten der Erfindung ergeben sich aus der nachfolgenden Beschreibung von Ausführungsbeispielen im Zusammenhang mit den Figuren, in denen dieselben Bezugszeichen für dieselben oder einander entsprechende Elemente der Erfindung verwendet werden. Es zeigen wenigstens teilweise schematisch:

1 ein Ausführungsbeispiel eines erfindungsgemäßen Ventilbetriebs in der Aufsicht; und
2 einen Schnitt durch die erfindungsgemäße Axialarretierung.

1 zeigt eine Draufsicht auf einen erfindungsgemäßen Ventiltrieb 1 für einen Zylinderkopf einer Brennkraftmaschine. Der 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, nicht dargestellten Gaswechselventilen vorgesehen.
Der erfindungsgemäße Ventiltrieb 1 weist eine in wenigstens einem ersten und einem zweiten Nockenwellenlager 2, 3 drehbar gelagerte Nockenwelle 4 auf. Auslassseitig ist eine zweite, nicht bezifferte Nockenwelle vorgesehen. Die Nockenwelle 4 weist in dem vorliegenden Ausführungsbeispiel vier Nocken 5 für vier nicht dargestellte Gaswechselventile für zwei Zylinder der Brennkraftmaschine auf, wobei nur ein Nocken 5 beziffert ist. Dieser Nocken 5 weist eine erste Nockenkurve 6 und eine zweite, von der ersten Nockenkurve 6 unterschiedliche zweite Nockenkurve 7 auf. Beim Betrieb der Brennkraftmaschine ist das Gaswechselventil über ein Zwischenelement, wie zum Beispiel einen Gleitschlepphebel, entweder von der ersten oder zweiten Nockenkurve 6, 7, betätigbar.
Weiter ist ein Nockenwellenabschnitt 8 mit radial außen umlaufenden Steuernuten vorgesehen, in die ein nicht sichtbarer Stift eines Stellmittels 9 eingreift, sodass die Nockenwelle 4 mit dem Nocken 5 derart verschiebbar ist, dass das Gaswechselventil entweder über die erste oder die zweite Nockenkurve 6, 7 betätigbar ist.
Um beim Betrieb der Brennkraftmaschine die Belastung des Stifts des Stellmittels 9 zu reduzieren, ist erfindungsgemäß eine in der 2 dargestellte Axialarretierung 10 für die axial verschiebbare Nockenwelle 4 vorgesehen. Zum Antrieb der Nockenwelle 4 ist ein Stirnzahnrad 18 vorgesehen, welches von einem weiteren, nicht bezifferten Zahnrad antreibbar ist.
2 zeigt eine Draufsicht auf eine Nockenwelle 4 mit einer Axialarretierung 10. Die Nockenwelle 4 weist zwei Nocken 5, 5' auf, welche in Längsrichtung 17 der Nockenwelle 4 voneinander beabstandet sind. Die beiden Nocken 5, 5' weisen jeweils wiederum eine erste Nockenkurve 6, 6' und eine von der ersten Nockenkurve 6, 6' unterschiedliche zweite Nockenkurve 7, 7' auf, um jeweils ein Gaswechselventil eines Zylinders der Brennkraftmaschine zu betätigen.
Ferner weist die Nockenwelle 4 die Axialarretierung 10 auf, welche axial um die Nockenwelle 4 angeordnet ist. Die Axialarretierung 10 weist eine Profillaufrolle 11 auf, welche über ein Lager 16, 16' mit der Nockenwelle 4, insbesondere gleit- und/oder wälzgelagert, verbunden ist. An der Profillaufrolle 11 ist eine Vertiefung 12 ausgebildet, welche an der Profillaufrolle 11 außen axial verläuft.
Mit der Axialarretierung 10 ist entweder ein erstes Arretierelement 13 oder ein von dem ersten beabstandetes zweites Arretierelement 14 verbindbar, sodass das erste oder zweite Arretierelement 13, 14 in die Vertiefung 12 der Profillaufrolle 11 eingreift. Die beiden Arretierelemente 13, 14 sind über jeweils ein Federelement 15, 15' vorgespannt. In Abhängigkeit des Stellmittels 9 kann entweder jeweils die erste Nockenkurve 6, 6' oder die zweite Nockenkurve 7, 7' während des Betriebs des Ventiltriebs 1 verwendet werden, wobei bei Verwendung der ersten Nockenkurve 6, 6' das erste Arretierelement 13 in die Vertiefung 12 der Profillaufrolle 11 eingreift und bei Verwendung der zweiten Nockenkurve 7, 7' das zweite Arretierelement 14 in die Vertiefung 12 der Profillaufrolle 11 eingreift.
Vorzugsweise haben die Nockenwelle 4 und der wenigstens eine Nocken 5 zusätzlich in Längsrichtung 17 der Nockenwelle 4 eine feste Lage zueinander. In diesem Ausführungsbeispiel ist die Nockenwelle 4 axial verschiebbar gelagert und kann mittels des Stellmittels 9 verschoben werden. Des Weiteren kann die Axialarretierung 10 und die Nockenwelle 4 in Längsrichtung 17 der Nockenwelle 4 eine feste Lage zueinander haben. In diesem weiteren Ausführungsbeispiel ist die Nockenwelle 4 mittels der Axialarretierung 10 feststellbar. Alternativ kann auch der wenigstens eine Nocken 5 und die Axialarretierung 10 eine feste Lage zueinander haben, wobei diese in Längsrichtung 17 der Nockenwelle 4 gemeinsam längsverschiebbar gelagert sind. In diesem zusätzlichen Ausführungsbeispiel ist der Nocken 5 und die Axialarretierung 10 vorzugsweise unabhängig von der Nockenwelle 4 mittels des Stellmittels 9 verstellbar.
Die Vertiefung 12 der Profillaufrolle 11 ist im Querschnitt derart ausgebildet, dass diese wenigstens im Wesentlichen trapezförmig mit stetig gekrümmten Seitenkanten verläuft. Dadurch kann derjenige Bereich des ersten oder des zweiten Arretierelements 13, 14, welcher in die Vertiefung 12 der Profillaufrolle 11 eingreifbar ist und wenigstens im Wesentlichen halbkugelförmig ausgebildet ist, auf einfache Weise in die Vertiefung 12 eingreifen oder auch wieder aus der Vertiefung 12 durch eine Bewegung in Längsrichtung 17 zu der Nockenwelle 4 herausgeschoben werden.
Ferner ist auch möglich, dass mehr als zwei Arretierelemente 13, 14, vorzugsweise drei Arretierelemente, weiter vorzugsweise vier oder auch mehr Arretierelemente, welche voneinander beabstandet und in die Vertiefung 12 der Profillaufrolle 11 eingreifbar und insbesondere vorgespannt sind, an der Axialarretierung 10 angeordnet sind.
Außerdem sei darauf hingewiesen, dass es sich bei den Ausführungsbeispielen lediglich um Beispiele handelt, die den Schutzbereich, die Anwendungen und den Aufbau in keiner Weise einschränken sollen. Vielmehr wird dem Fachmann durch die vorausgehende Beschreibung ein Leitfaden für die Umsetzung von mindestens eines Ausführungsbeispiels gegeben, wobei diverse Änderungen, insbesondere in Hinblick auf die Funktion und Anordnung der beschriebenen Bestandteile, vorgenommen werden können, ohne den Schutzbereich zu verlassen, wie er sich aus den Ansprüchen und diesen äquivalenten Merkmalskombinationen ergibt.
Bezugszeichenliste

1: Ventiltrieb
2: erstes Nockenwellenlager
3: zweites Nockenwellenlager
4: Nockenwelle
5, 5': Nocken
6, 6': erste Nockenkurve
7, 7': zweite Nockenkurve
8: Nockenwellenabschnitt
9: Stellmittel
10: Axialarretierung
11: Profillaufrolle
12: Vertiefung
13: erstes Arretierelement
14: zweites Arretierelement
15, 15': Federelement
16, 16': Lager
17: Längsrichtung
18: Stirnzahnrad

Claims

Ventiltrieb (1) für einen Zylinderkopf einer Brennkraftmaschine, mit einer in einem ersten und einem zweiten Nockenwellenlager (2, 3) drehbar gelagerten Nockenwelle (4) mit zumindest einem Nocken (5) mit einer ersten Nockenkurve (6) und einer zweiten, von der ersten Nockenkurve (6) unterschiedlichen Nockenkurve (7), wobei mit der ersten und/oder der zweiten Nockenkurve (6, 7) ein Gaswechselventil betätigbar ist, wobei ein Nockenwellenabschnitt (8) vorgesehen ist mit dem über ein Stellmittel (9) der Nocken (5) derart verschiebbar ist, dass das Gaswechselventil entweder über die erste oder die zweite Nockenkurve (6, 7) betätigbar ist, wobei der Ventiltrieb (1) wenigstens ein erstes, insbesondere vorgespanntes, Arretierelement (13) und ein von dem ersten Arretierelement (13) beabstandetes zweites, insbesondere vorgespanntes, Arretierelement (14) aufweist, wobei die Nockenwelle (4) und der wenigstens eine Nocken (5) drehfest zueinander sind und der wenigstens eine Nocken (5) axial verschiebbar ist und mittels einer Axialarretierung (10) feststellbar ist, welche eine radial um die Nockenwelle (4) umlaufende Profillaufrolle (11) mit einer Vertiefung (12) aufweist, in die das erste Arretierelement (13) oder das zweite Arretierelement (14) eingreifbar ist.
Ventiltrieb (1) nach Anspruch 1, wobei die Nockenwelle (4) und der wenigstens eine Nocken (5) zusätzlich in Längsrichtung (17) der Nockenwelle (4) eine feste Lage zueinander haben.
Ventiltrieb (1) nach Anspruch 1 oder 2, wobei die Axialarretierung (10) und die Nockenwelle (4) in Längsrichtung (17) der Nockenwelle (4) eine feste Lage zueinander haben.
Ventiltrieb (1) nach wenigstens einem der vorhergehenden Ansprüche, wobei der wenigstens eine Nocken (5) und die Axialarretierung (10) eine feste Lage zueinander haben und in Längsrichtung (17) der Nockenwelle (4) gemeinsam längsverschiebbar gelagert sind.
Ventiltrieb (1) nach wenigstens einem der vorhergehenden Ansprüche, wobei das erste und das zweite Arretierelement (13, 14) durch jeweils ein Federelement (15, 15') vorgespannt ist.
Ventiltrieb (1) nach wenigstens einem der vorhergehenden Ansprüche, wobei die Profillaufrolle (11) auf der Nockenwelle (4) wälz- oder gleitgelagert ist.
Ventiltrieb (1) nach wenigstens einem der vorhergehenden Ansprüche, wobei die Vertiefung (12) in der Profillaufrolle (11) im Querschnitt wenigstens im Wesentlichen trapezförmig mit stetig gekrümmten Seitenkanten ausgebildet ist.
Ventiltrieb (11) nach wenigstens einem der vorhergehenden Ansprüche, wobei jeweils derjenige Bereich des ersten und des zweiten Arretierlelements(13, 14), welcher in die Vertiefung (12) der Profillaufrolle (11) eingreift, wenigstens im Wesentlichen halbkugelförmig ausgebildet ist.
Ventiltrieb (1) nach wenigstens einem der vorhergehenden Ansprüche, aufweisend mehrere Arretierelemente (13, 14), vorzugsweise drei Arretierelemente, weiter vorzugsweise vier Arretierelemente, welche voneinander beabstandet und in die Vertiefung (12) der Profillaufrolle (11) eingreifbar und insbesondere vorgespannt sind.
Fahrzeug aufweisend einen Ventiltrieb (1) nach wenigstens einem der vorhergehenden Ansprüche.