DE102018009839A1

DE102018009839A1 - Ventiltrieb für eine Verbrennungskraftmaschine, insbesondere eines Kraftfahrzeugs, sowie Verbrennungskraftmaschine für ein Kraftfahrzeug

Info

Publication number: DE102018009839A1
Application number: DE102018009839.8A
Authority: DE
Inventors: Alexander von Gaisberg-Helfenberg; Thomas Stolk; Stephan Zentner
Original assignee: Daimler AG
Current assignee: Mercedes Benz Group AG
Priority date: 2018-12-14
Filing date: 2018-12-14
Publication date: 2020-06-18

Abstract

Die Erfindung betrifft einen Ventiltrieb (10), mit einer Nockenwelle (12), mit einem Nockenelement (16), welches zumindest zwei Nocken (20a, b) zum Betätigen eines Gaswechselventils aufweist und in axialer Richtung (18) der Nockenwelle (12) relativ zu dieser verschiebbar ist, mit einem Aktor (28), mit einem mittels des Aktors (28) in axialer Richtung (18) der Nockenwelle (12) relativ zu dieser verschiebbaren ersten Betätigungselement (30), welches eine Ausnehmung (40) aufweist, und mit einem an dem Nockenelement (16) vorgesehen und mit dem Nockenelement (16) mitverschiebbaren zweiten Betätigungselement (32), welches in die Ausnehmung (40) eingreift, wodurch das Nockenelement (16) über die Betätigungselemente (30, 32) mittels des Aktors (28) in axial relativ zu der Nockenwelle (12) verschiebbar ist, wobei das erste Betätigungselement (30) einander in axialer Richtung (18) gegenüberliegende, die Ausnehmung (40) axial begrenzende und ballig ausgebildete Wandungsbereiche (46, 48) aufweist, an welchen das zweite Betätigungselement (32) zumindest beim Verschieben des Nockenelements (16) abstützbar ist.

Description

Die Erfindung betrifft einen Ventiltrieb für eine Verbrennungskraftmaschine, insbesondere eines Kraftfahrzeugs, gemäß dem Oberbegriff von Patentanspruch 1. Ferner betrifft die Erfindung eine Verbrennungskraftmaschine für ein Kraftfahrzeug, insbesondere für einen Kraftwagen.
Ein solcher Ventiltrieb für eine Verbrennungskraftmaschine, insbesondere eines Kraftfahrzeugs, ist beispielsweise bereits der DE 10 2015 012 044 A1 oder der DE 10 2007 037 745 A1 als bekannt zu entnehmen. Der Ventiltrieb weist wenigstens eine Nockenwelle auf, welche beispielsweise um eine Nockenwellendrehachse relativ zu wenigstens einem Gehäuseelement drehbar ist. Außerdem weist der Ventiltrieb wenigstens ein Nockenelement auf, welches zumindest zwei Nocken zum Betätigen eines beziehungsweise desselben Gaswechselventils der Verbrennungskraftmaschine umfasst. Außerdem ist das Nockenelement in axialer Richtung der Nockenwelle relativ oder zu oder mit der Nockenwelle verschiebbar, das heißt translatorisch bewegbar. Der Ventiltrieb weist darüber hinaus einen Aktor und ein mittels des Aktors in axialer Richtung der Nockenwelle relativ zur oder mit der Nockenwelle verschiebbares erstes Betätigungselement auf, welches eine Ausnehmung aufweist. Des Weiteren ist ein zweites Betätigungselement vorgesehen, welches an dem Nockenelement vorgesehen und dadurch mit dem Nockenelement mitverschiebbar ist. Das beispielsweise als Scheibe ausgebildete zweite Betätigungselement greift in die Ausnehmung ein, wodurch das Nockenelement über die Betätigungselemente mittels des Aktors insbesondere durch in axialer Richtung der Nockenwelle und relativ zu der Nockenwelle erfolgendes und durch den Aktor bewirktes Verschieben der Betätigungselemente in axialer Richtung der Nockenwelle relativ zur Nockenwelle verschiebbar ist.
Aufgabe der vorliegenden Erfindung ist es, einen Ventiltrieb und eine Verbrennungskraftmaschine der eingangs genannten Art derart weiterzuentwickeln, dass ein besonders verschleißarmer Betrieb realisierbar ist.
Diese Aufgabe wird durch einen Ventiltrieb mit den Merkmalen des Patentanspruchs 1 sowie durch eine Verbrennungskraftmaschine mit den Merkmalen des Patentanspruchs 10 gelöst. Vorteilhafte Ausgestaltungen mit zweckmäßigen Weiterbildungen der Erfindung sind in den übrigen Ansprüchen angegeben.
Um einen Ventiltrieb der im Oberbegriff des Patentanspruchs 1 angegebenen Art derart weiterzuentwickeln, dass ein besonders verschleißarmer Betrieb, insbesondere des Ventiltriebs und somit der Verbrennungskraftmaschine insgesamt, realisiert werden kann, ist es erfindungsgemäß vorgesehen, dass das eine der beiden Betätigungselemente mindestens einen ballig ausgebildeten Wandungsbereich aufweist, an welchem das andere der beiden Betätigungselemente zumindest beim Verschieben des Nockenelements abstützbar und die Balligkeit in einem achsparallelen Schnitt bezogen auf die axiale Richtung der Nockenwelle richtungsasymmetrisch ausgeführt ist. Somit ist die Ausnehmung in eine mit der axialen Richtung der Nockenwelle zusammenfallende erste Richtung durch einen ersten der Wandungsbereiche und in eine mit der axialen Richtung zusammenfallende und der ersten Richtung entgegengesetzte zweite Richtung durch den zweiten Wandungsbereich jeweils zumindest teilweise, insbesondere zumindest überwiegend oder vollständig, begrenzt. Die einander gegenüberliegenden Wandungsbereiche sind dabei, insbesondere auf ihren in axialer Richtung einander zugewandten beziehungsweise gegenüberliegenden Seiten, richtungsasymmetrisch ballig, das heißt beispielsweise konvex, ausgebildet. Dabei ist das zweite Betätigungselement zumindest beim Verschieben des Nockenelements, insbesondere direkt, an den balligen Wandungsbereichen abstützbar. Um beispielsweise das Nockenelement in die erste Richtung zu verschieben, so wird das erste Betätigungselement in die erste Richtung verschoben, insbesondere derart, dass das zweite Betätigungselement in direkte Stützanlage und somit in direkten Kontakt mit dem zweiten balligen Wandungsbereich kommt. Um beispielsweise das Nockenelement in die zweite Richtung zu verschieben, wird das erste Betätigungselement in die zweite Richtung verschoben. Dann kommt das zweite Betätigungselement in direkte Stützanlage und somit in direkten Kontakt mit dem ersten balligen Wandungsbereich.
Dadurch, dass der jeweilige Wandungsbereich richtungsasymmetrisch ballig ausgebildet ist, ist der jeweilige Wandungsbereich beispielsweise konvex, wobei der jeweilige Wandungsbereich vorzugsweise eine von einem Kreis beziehungsweise von einem Kreissegment unterschiedliche Form aufweist. Durch die richtungsasymmetrisch ballige Ausgestaltung der Wandungsbereiche können übermäßige Kontaktkräfte zwischen den Betätigungselementen und somit eine übermäßige Belastung der Betätigungselemente vermieden werden, sodass ein besonders verschleißarmer Betrieb gewährleistet werden kann.
In einer bevorzugten Ausführungsform weist das eine der beiden Betätigungselemente einen zweiten ballig ausgebildeten Wandungsbereich auf und/oder weist das andere der beiden Betätigungselemente mindestens einen ballig ausgebildeten Wandungsbereich auf, an welchem jeweils das andere der beiden Betätigungselemente zumindest beim Verschieben des Nockenelements abstützbar und die Balligkeit ist in einem achsparallelen Schnitt bezogen auf die axiale Richtung der Nockenwelle richtungsasymmetrisch ausgeführt.
Dabei hat es sich als besonders vorteilhaft gezeigt, wenn die balligen Wandungsbereiche bezogen auf die axiale Richtung der Nockenwelle asymmetrisch zueinander angeordnet sind. Das erste Betätigungselement ist beispielsweise entlang einer Bewegungsrichtung relativ zu der Nockenwelle verschiebbar, wobei die Bewegungsrichtung mit der axialen Richtung der Nockenwelle zusammenfällt beziehungsweise parallel zur axialen Richtung verläuft. Somit verlaufen beispielsweise die Bewegungsrichtung und axiale Richtung senkrecht zu einer gemeinsamen Ebene. Dabei sind die jeweiligen Wandungsbereiche bezogen auf die Bewegungsrichtung asymmetrisch zueinander angeordnet beziehungsweise asymmetrisch zueinander ballig ausgebildet. Dieser Ausführungsform liegt die Erkenntnis zugrunde, dass es toleranz- und/oder montagebedingt und somit unvermeidbar zu Schiefstellungen des beispielsweise als Scheibe ausgebildeten zweiten Betätigungselements kommen kann, insbesondere bezogen auf die Bewegungsrichtung beziehungsweise bezogen auf die axiale Richtung. Solche Schiefstellungen können bei regelmäßig auftretenden Betriebsbedingungen und insbesondere bei symmetrischer Balligkeit der Wandungsbereiche zu einem unerwünschten Verschleiß führen, was nun dadurch vermieden werden kann, wenn die balligen Wandungsbereiche bezogen auf die axiale Richtung beziehungsweise bezogen auf die Bewegungsrichtung asymmetrisch zueinander angeordnet beziehungsweise ausgebildet sind.
Unter dem Merkmal, dass der jeweilige Wandungsbereich ballig ausgebildet ist, ist insbesondere folgendes zu verstehen: Der jeweilige Wandungsbereich bildet eine Kontaktfläche, mit welcher das zweite Betätigungselement beim Verschieben des Nockenelements und somit beim Verschieben des zweiten Betätigungselements in direkte Stützanlage, das heißt in direkten Kontakt, kommen kann beziehungsweise kommt. Dabei ist die jeweilige Kontaktfläche ballig ausgebildet.
Um übermäßige Belastungen der Betätigungselemente vermeiden und somit einen besonders verschleißarmen Betrieb des Ventiltriebs gewährleisten zu können, ist es in weiterer Ausgestaltung der Erfindung vorgesehen, dass der Ventiltrieb wenigstens oder genau eine Symmetrieachse aufweist, entlang welcher die balligen Wandungsbereiche beziehungsweise die balligen Kontaktflächen symmetrisch zueinander angeordnet sind.
Dabei hat es sich als besonders vorteilhaft gezeigt, wenn die Symmetrieachse schräg zur axialen Richtung der Nockenwelle verläuft. Hierunter ist insbesondere zu verstehen, dass die Symmetrieachse senkrecht zu einer zweiten Ebene verläuft, welche sich schräg zu der zuvor genannten ersten Ebene erstreckt. Hierdurch können beispielsweise etwaige Schiefstellungen des beispielsweise als Scheibe ausgebildeten zweiten Betätigungselements kompensiert werden beziehungsweise es können übermäßige, aus solchen Schiefstellungen resultierende Belastungen vermieden werden.
Als weiterhin besonders vorteilhaft hat es sich gezeigt, wenn ein auf der Symmetrieachse liegender Punkt, welcher bezogen auf die axiale Richtung beziehungsweise bezogen auf die Bewegungsrichtung mittig zwischen den Wandungsbereichen, das heißt in der Mitte zwischen den Wandungsbereichen, liegt, entlang einer senkrecht zur axialen Richtung beziehungsweise senkrecht zur Bewegungsrichtung verlaufenden Erstreckung der Ausnehmung näher an einem ersten Ende als an einem dem ersten Ende gegenüberliegenden zweiten Ende der Ausnehmung angeordnet ist, wobei sich die Ausnehmung entlang der genannten Richtung von einem der Enden zu dem anderen Ende beziehungsweise umgekehrt und nicht über das jeweilige Ende hinaus erstreckt, sodass die Ausnehmung entlang der genannten Richtung an dem jeweiligen Ende endet beziehungsweise beginnt.
Bei einer bezogen auf die Bewegungsrichtung beziehungsweise bezogen auf die axiale Richtung symmetrischen Anordnung oder Ausgestaltung der balligen Wandungsbereiche ist es beispielsweise vorgesehen, dass eine dann vorgesehene, weitere Symmetrieachse parallel zur axialen Richtung beziehungsweise senkrecht zur ersten Ebene verläuft. Im Vergleich zu einer solchen, bezogen auf die Bewegungsrichtung symmetrischen Anordnung beziehungsweise Ausgestaltung der balligen Wandungsbereiche ist vorzugsweise vorgesehen, dass die dann vorgesehene, erste Symmetrieachse schräg zur weiteren Symmetrieachse verläuft und/oder, insbesondere entlang der genannten Richtung, versetzt zu der weiteren Symmetrieachse ist, sodass übermäßige Belastungen besonders gut vermieden werden können.
Um übermäßige Belastungen besonders sicher vermeiden zu können, ist es in weiterer Ausgestaltung der Erfindung vorgesehen, dass die balligen Wandungsbereiche die Ausnehmung in axialer Richtung zumindest überwiegend, insbesondere vollständig, begrenzen. Somit ist es vorzugsweise vorgesehen, dass der erste Wandungsbereich die Ausnehmung in die erste Richtung vollständig begrenzt, und vorzugsweise ist es vorgesehen, dass der zweite Wandungsbereich die Ausnehmung in die zweite Richtung vollständig begrenzt.
Um einen besonders verschleißarmen und robusten Betrieb gewährleisten zu können, ist es bei einer weiteren Ausführungsform der Erfindung vorgesehen, dass der Aktor einen Motor und einen mittels des Motors um eine Aktordrehachse drehbare Spindel aufweist, auf welcher das erste Betätigungselement angeordnet ist, sodass das erste Betätigungselement mittels der Spindel durch Drehen der Spindel verschiebbar ist.
Eine weitere Ausführungsform zeichnet sich dadurch aus, dass der Motor als ein Elektromotor ausgebildet ist, wodurch ein besonders verschleißarmer Betrieb realisiert werden kann.
Schließlich hat es sich als besonders vorteilhaft gezeigt, wenn die Motordrehachse parallel zur axialen Richtung der Nockenwelle verläuft, wodurch übermäßige Belastungen sicher vermieden werden können.
Zur Erfindung gehört auch eine vorzugsweise als Hubkolbenmaschine ausgebildete Verbrennungskraftmaschine für ein Kraftfahrzeugs, insbesondere für einen Kraftwagen wie beispielsweise einen Personenkraftwagen. Die erfindungsgemäße Verbrennungskraftmaschine weist wenigstens einen erfindungsgemäßen Ventiltrieb auf. Vorteile und vorteilhafte Ausgestaltungen der erfindungsgemäßen Verbrennungskraftmaschine sind als Vorteile und vorteilhafte Ausgestaltungen des erfindungsgemäßen Ventiltriebs anzusehen und umgekehrt.
Weitere Vorteile, Merkmale und Einzelheiten der Erfindung ergeben sich aus der nachfolgenden Beschreibung bevorzugter Ausführungsbeispiele sowie anhand der Zeichnung. Die vorstehend in der Beschreibung genannten Merkmale und Merkmalskombinationen sowie die nachfolgend in der Figurenbeschreibung genannten und/oder in den Figuren alleine gezeigten Merkmale und Merkmalskombinationen sind nicht nur in der jeweils angegebenen Kombination, sondern auch in anderen Kombinationen oder in Alleinstellung verwendbar, ohne den Rahmen der Erfindung zu verlassen.
Die Zeichnung zeigt in:

1 eine schematische Seitenansicht eines erfindungsgemäßen Ventiltriebs für eine Verbrennungskraftmaschine, insbesondere eines Kraftfahrzeugs;
2 eine schematische Schnittansicht des Ventiltriebs gemäß einer ersten Ausführungsform entlang einer in 1 gezeigten Schnittlinie A-A;
3 eine schematische Schnittansicht des Ventiltriebs gemäß einer zweiten Ausführungsform entlang der in 1 gezeigten Schnittlinie A-A; und
4 eine weitere schematische Schnittansicht des Ventiltriebs gemäß 3.

In den Fig. sind gleiche oder funktionsgleiche Elemente mit gleichen Bezugszeichen versehen.
1 zeigt in einer schematischen Seitenansicht einen Ventiltrieb 10 für eine Verbrennungskraftmaschine eines Kraftfahrzeugs, insbesondere eines beispielsweise als Personenkraftwagen ausgebildeten Kraftwagens. Dies bedeutet, dass das Kraftfahrzeug in seinem vollständig hergestellten Zustand die Verbrennungskraftmaschine mit dem Ventiltrieb 10 aufweist und mittels der Verbrennungskraftmaschine angetrieben werden kann. Die Verbrennungskraftmaschine ist vorzugsweise als Hubkolbenmaschine ausgebildet und weist eine beispielsweise als Kurbelwelle ausgebildete Abtriebswelle auf, welche drehbar an einem Gehäuse der Verbrennungskraftmaschine gelagert ist. Somit ist die Abtriebswelle um eine Abtriebswellendrehachse relativ zu dem Gehäuse drehbar.
Der Ventiltrieb 10 weist wenigstens eine Nockenwelle 12 auf, welche beispielsweise drehbar an einem Gehäuseelement gelagert ist. Das Gehäuseelement ist beispielsweise separat von dem zuvor genannten Gehäuse ausgebildet und mit dem Gehäuse verbunden. Bei dem Gehäuseelement kann es sich um einen Zylinderkopf beziehungsweise um ein Gehäuseelement eines Zylinderkopfes der Verbrennungskraftmaschine handeln. Die Nockenwelle 12 ist drehbar an dem Gehäuseelement gelagert und somit um eine Nockenwellendrehachse 14 relativ zu dem Gehäuseelement drehbar. Beispielsweise verläuft die Nockenwellendrehachse 14 zumindest im Wesentlichen parallel zur Abtriebswellendrehachse. Die Nockenwelle 12 ist beispielsweise über ein in 1 nicht dargestelltes Antriebssystem von der Abtriebswelle antreibbar und dadurch um die Nockenwellendrehachse 14 relativ zu dem Gehäuseelement drehbar. Das Antriebssystem umfasst beispielsweise ein als Kette oder Riemen ausgebildetes Zugmittel, über welches die Nockenwelle 12 von der Abtriebswelle antreibbar ist. Ferner ist es denkbar, dass das Antriebssystem als Zahnradtrieb oder Zahnradgetriebe ausgebildet ist, sodass die Nockenwelle 12 über mehrere, miteinander kämmende Zahnräder von der Abtriebswelle antreibbar ist.
Der Ventiltrieb 10 weist ein Nockenelement 16 auf, welches beispielsweise auf der Nockenwelle 12 angeordnet ist. Das Nockenelement 16 ist beispielsweise drehfest mit der Nockenwelle 12 verbunden und somit mit der Nockenwelle 12 um die Nockenwellendrehachse 14 relativ zu dem Gehäuseelement mitdrehbar. Beispielsweise ist das Nockenelement 16 über jeweilige Verzahnungen drehfest mit der Nockenwelle 12 verbunden. Das Nockenelement 16 ist jedoch in axialer Richtung der Nockenwelle 12 relativ zu der Nockenwelle 12 translatorisch bewegbar und somit verschiebbar. Die axiale Richtung der Nockenwelle 12 ist in 1 durch einen Doppelpfeil 18 veranschaulicht und fällt beispielsweise mit der Nockenwellendrehachse 14 zusammen. Das Nockenelement 16 weist drei voneinander unterschiedliche und in axialer Richtung der Nockenwelle 12 aufeinanderfolgend beziehungsweise ineinander angeordnete und auch als Nockenspuren bezeichnete Nocken 20a-c auf, mittels welchen ein beziehungsweise dasselbe, beispielsweise als Auslassventil oder Einlassventil ausgebildete Gaswechselventil der Verbrennungskraftmaschine betätigt, das heißt aus einer Schließstellung in eine jeweilige Offenstellung translatorisch bewegt werden kann.
Bei dem in 1 gezeigten Ausführungsbeispiel sind die Nocken 20a-c, welche auch als Nockenspuren bezeichnet werden, beispielsweise durch ein erstes Nockenteil 22 des Nockenelements 16 gebildet.
Bei dem in 1 gezeigten Ausführungsbeispiel weist das Nockenelement 16 weitere, auch als weitere Nockenspuren bezeichnete Nocken 24a-c auf, welche in axialer Richtung der Nockenwelle 12 neben den Nocken 20a-c angeordnet und in axialer Richtung hintereinander beziehungsweise aufeinanderfolgend angeordnet sind. Mittels der Nocken 24a-c kann ein zweites Gaswechselventil der Verbrennungskraftmaschine betätigt werden, wobei mittels der Nocken 24a-c dasselbe zweite Gaswechselventil betätigt werden kann. Die Nocken 24a-c sind beispielsweise durch ein zweites Nockenteil 26 des Nockenelements 16 gebildet. Die Nockenteile 22 und 26 sind beispielsweise einstückig miteinander ausgebildet, oder aber die Nockenteile 22 und 26 sind separat voneinander ausgebildete und miteinander verbundene Bauteile. Die Nockenteile 22 und 26 und somit die Nocken 20a-c und 24a-c können gemeinsam beziehungsweise gleichzeitig relativ zu der Nockenwelle 12 in axialer Richtung der Nockenwelle 12 verschoben werden. Insbesondere kann das Nockenelement 16 zwischen wenigstens drei voneinander unterschiedlichen Stellungen relativ zu der Nockenwelle 12 verschoben werden. In einer ersten der Stellungen wird das erste Gaswechselventil durch den Nocken 20c und das zweite Gaswechselventil durch den Nocken 24c betätigt, während ein durch die Nocken 20a, 20b, 24a und 24b bewirktes Betätigen der Gaswechselventile unterbleibt. In der zweiten Stellung wird das erste Gaswechselventil durch den Nocken 20b und das zweite Gaswechselventil durch den Nocken 24b betätigt, während ein durch die Nocken 20a, 20c, 24a und 24c bewirktes Betätigen der Gaswechselventile unterbleibt. In der dritten Stellung kann das erste Gaswechselventil durch den Nocken 20a und das zweite Gaswechselventil durch den Nocken 24a betätigt werden, während ein durch die Nocken 20b, 20c, 24b und 24c bewirktes Betätigen der Gaswechselventile unterbleibt. Mittels der Nocken 20a-c beziehungsweise mittels der Nocken 24a-c können unterschiedliche Hübe des ersten Gaswechselventils beziehungsweise des zweiten Gaswechselventils bewirkt werden. Somit kann beispielsweise mittels des Nockens 20c beziehungsweise 24c ein erster der Hübe, mittels des Nockens 20b beziehungsweise 24b ein zweiter der Hübe und mittels des Nockens 20a beziehungsweise 24a der dritte Hub des jeweiligen Gaswechselventils bewirkt werden. Der erste Hub ist beispielsweise ein sogenannter Nullhub, sodass dann, wenn sich das Nockenelement 16 in der ersten Stellung befindet, ein Betätigen der Gaswechselventile, das heißt ein Öffnen der Gaswechselventile, unterbleibt, insbesondere auch dann, wenn sich die Nockenwelle 12 einmal oder mehrere Male vollständig um die Nockenwellendrehachse 14 dreht. Der dritte Hub ist beispielsweise größer als 0, jedoch geringer als der zweite Hub. Somit kann das Gaswechselventil aus seiner Schließstellung mittels des jeweiligen Nockens 20b beziehungsweise 24b in eine erste Offenstellung und mittels des Nockens 20a beziehungsweise 24a in eine zweite Offenstellung translatorisch bewegt werden, wobei die zweite Offenstellung zwischen der ersten Offenstellung und der Schließstellung liegt. Der Ventiltrieb 10 ermöglicht somit eine besonders einfache, robuste und kostengünstige Ventilhubverstellung beziehungsweise Ventilhubumschaltung der Gaswechselventile. Um zwischen den Hüben umzuschalten, wird das Nockenelement 16 entlang der axialen Richtung relativ zur Nockenwelle 12 verschoben.
Der Ventiltrieb 10 weist darüber hinaus einen Aktor 28 auf, mittels welchem das Nockenelement 16 in axialer Richtung der Nockenwelle 12 relativ zur Nockenwelle 12 verschoben werden kann. Hierzu weist der Ventiltrieb 10 darüber hinaus ein erstes Betätigungselement 30 und ein zweites Betätigungselement 32 auf, wobei das zweite Betätigungselement 32 an dem Nockenelement 16 vorgesehen und somit mit dem Nockenelement 16 in axialer Richtung der Nockenwelle 12 relativ zur Nockenwelle 12 mitverschiebbar ist. Insbesondere kann das Betätigungselement 32 einstückig mit dem Nockenelement 16, insbesondere einstückig mit dem Nockenteil 22 oder einstückig mit dem Nockenteil 26, ausgebildet sein. Bei dem in 1 gezeigten Ausführungsbeispiel ist das Betätigungselement 32 als eine Scheibe ausgebildet, dessen in axialer Richtung der Nockenwelle 12 einander abgewandten Breitseiten 34 und 36 in jeweiligen, in axialer Richtung voneinander beabstandeten, parallel zueinander verlaufenden und senkrecht zur axialen Richtung verlaufenden Ebenen verlaufen.
Das Betätigungselement 30 kann mittels des Aktors 28 in axialer Richtung der Nockenwelle 12 relativ zur Nockenwelle 12 verschoben werden. Mit anderen Worten kann das Betätigungselement 30 mittels des Aktors 28 entlang einer in 1 durch einen Doppelpfeil 38 veranschaulichten Bewegungsrichtung relativ zu der Nockenwelle 12 verschoben werden, wobei die Bewegungsrichtung mit der axialen Richtung zusammenfällt beziehungsweise parallel zur axialen Richtung der Nockenwelle 12 verläuft. Somit verläuft auch die Bewegungsrichtung parallel zur Nockenwellendrehachse 14 beziehungsweise die Bewegungsrichtung fällt mit der Nockenwellendrehachse 14 zusammen.
Das Betätigungselement 30 weist eine auch als Aufnahme bezeichnete Ausnehmung 40 auf, in welche das Betätigungselement 32 eingreift. Hierunter ist insbesondere zu verstehen, dass das Betätigungselement 32 während genau einer vollständigen, um die Nockenwellendrehachse 14 verlaufenden Umdrehung der Nockenwelle 12 zumindest vorübergehend, insbesondere zumindest überwiegend oder dauerhaft beziehungsweise immer, in die Ausnehmung 40 eingreift und somit in der Ausnehmung 40 zumindest teilweise aufgenommen ist. Dadurch wirken die Betätigungselemente 30 und 32 bei genau einer vollständigen Umdrehung der Nockenwelle 12 zumindest vorübergehend, insbesondere zumindest überwiegend oder vollständig beziehungsweise dauerhaft, formschlüssig zusammen, sodass das Betätigungselement 32 und über dieses das Nockenelement 16 in axialer Richtung der Nockenwelle 12 relativ zu der Nockenwelle 12 verschoben werden können, indem das Betätigungselement 30 mittels des Aktors 28 in axialer Richtung der Nockenwelle 12 relativ zu dieser verschoben wird. Mit anderen Worten, wird das Betätigungselement 30 mittels des Aktors 28 entlang der Bewegungsrichtung relativ zu der Nockenwelle 12 verschoben, so nimmt das Betätigungselement 30 das Betätigungselement 32 mit, sodass das Betätigungselement 32 und mit diesem das Nockenelement 16 entlang der Bewegungsrichtung relativ zu der Nockenwelle 12 verschoben werden.
Mittels des Aktors 28 können somit die Betätigungselemente 30 und 32 und das Nockenelement 16 in eine mit der Bewegungsrichtung beziehungsweise mit der axialen Richtung zusammenfallende und in 1 durch einen Pfeil 42 veranschaulichte erste Richtung und eine mit der axialen Richtung beziehungsweise der Bewegungsrichtung zusammenfallende und der ersten Richtung entgegengesetzte sowie in 1 durch einen Pfeil 44 veranschaulichte zweite Richtung relativ zu der Nockenwelle 12 verschoben werden.
Die Ausnehmung 40 ist dabei in die erste Richtung durch einen ersten Wandungsbereich 46 des Betätigungselements 30 zumindest teilweise, insbesondere zumindest überwiegend oder vollständig, begrenzt, und die Ausnehmung 40 ist in die zweite Richtung durch einen zweiten Wandungsbereich 48 des Betätigungselements 30 zumindest teilweise, insbesondere zumindest überwiegend oder vollständig, begrenzt. Die Wandungsbereiche 46 und 48 liegen dabei in axialer Richtung einander gegenüber beziehungsweise sind in axialer Richtung einander zugewandt. Der Wandungsbereich 46 bildet beispielsweise eine erste Kontaktfläche 50, und der zweite Wandungsbereich 48 bildet eine zweite Kontaktfläche 52. Wird das Betätigungselement 30 in die erste Richtung verschoben, um dadurch das Nockenelement 16 über das Betätigungselement 32 in die erste Richtung zu verschieben, so kommt das Betätigungselement 32, insbesondere dessen Breitseite 34, in direkte Stützanlage und somit in direkten Kontakt mit der Kontaktfläche 52 und somit mit dem Wandungsbereich 48. Wird hingegen das Betätigungselement 30 in die zweite Richtung verschoben, um dadurch das Betätigungselement 32 und das Nockenelement 16 in die zweite Richtung zu verschieben, so kommt das Betätigungselement 32, insbesondere die Breitseite 36, in direkte Stützanlage und somit in direkten Kontakt mit der Kontaktfläche 50 und somit mit dem Wandungsbereich 46. Somit ist das Nockenelement 16 dadurch, dass das Betätigungselement 32 in die Ausnehmung 40 eingreift, über die Betätigungselemente 30 und 32 mittels des Aktors 28 in axialer Richtung der Nockenwelle 12 relativ zu der Nockenwelle 12 verschiebbar.
Durch Verschieben des Nockenelements 16 in die zweite Richtung kann das Nockenelement 16 aus der ersten Stellung in die zweite Stellung und aus der zweiten Stellung in die dritte Stellung verschoben werden. Durch Verschieben des Nockenelements 16 in die erste Richtung kann das Nockenelement 16 aus der dritten Stellung in die zweite Stellung und aus der zweiten Stellung in die erste Stellung verschoben werden.
Um nun einen besonders verschleißarmen Betrieb des Ventiltriebs 10 und somit der Verbrennungskraftmaschine insgesamt realisieren zu können, sind - wie anhand einer in 2 gezeigten ersten Ausführungsform des Ventiltriebs 10 erkennbar ist - die in axialer Richtung einander gegenüberliegenden und die Ausnehmung 40 begrenzenden Wandungsbereiche 46 und 48, insbesondere die Kontaktflächen 50 und 52, ballig ausgebildet. In 2 ist eine Symmetrieachse 54 erkennbar, bezüglich derer die Wandungsbereiche 46 und 48, insbesondere die Kontaktflächen 50 und 52, symmetrisch zueinander ballig ausgebildet beziehungsweise angeordnet sind. Die Symmetrieachse 54 fällt dabei mit dieser axialen Richtung beziehungsweise mit der Nockenwellendrehachse 14 zusammen beziehungsweise die Symmetrieachse 54 verläuft parallel zur axialen Richtung der Nockenwelle 12 beziehungsweise parallel zur Nockenwellendrehachse 14. Somit fällt beispielsweise die Symmetrieachse 54 mit der durch den Doppelpfeil 38 veranschaulichten Bewegungsrichtung zusammen. Außerdem ist in 2 eine Ebene 56 gezeigt, in welcher sich das Betätigungselement 32 erstreckt. Die Ebene 56 wird auch als erste Ebene bezeichnet, wobei beispielsweise die zuvor genannten Ebenen, in denen die Breitseiten 34 und 36 verlaufen, parallel zur Ebene 56 verlaufen, und wobei beispielsweise die Ebene 56 zwischen den Ebenen beziehungsweise in der Mitte der Ebenen angeordnet ist, in denen die Breitseiten 34 und 36 verlaufen. Dabei verläuft die Symmetrieachse 54 senkrecht zur Ebene 56 beziehungsweise die Kontaktflächen 50 und 52, das heißt die Wandungsbereiche 46 und 48, sind, insbesondere hinsichtlich ihrer Balligkeit, symmetrisch zu der Ebenen 56 ausgebildet beziehungsweise angeordnet. Wieder mit anderen Worten ausgedrückt ist die Ebene 56 beispielsweise eine Symmetrieebene, bezüglich derer die Wandungsbereiche 46 und 48, insbesondere die Kontaktflächen 50 und 52, symmetrisch zueinander ballig ausgebildet sind. Außerdem ist in 2 ein auch als Punkt bezeichneter Schnittpunkt, in welchem die Symmetrieachse 54 die Ebenen 56 schneidet, mit 58 bezeichnet, wobei der Schnittpunkt 58 bezogen auf die Bewegungsrichtung beziehungsweise entlang der axialen Richtung genau in der Mitte zwischen den Wandungsbereichen 46 und 48, insbesondere in der Mitte zwischen den Kontaktflächen 50 und 52, liegt.
Außerdem ist besonders gut aus 2 erkennbar, dass die Ausnehmung 40 eine in 2 mit E bezeichnete Erstreckung aufweist, welche entlang einer senkrecht zur Bewegungsrichtung und somit beispielsweise senkrecht zur axialen Richtung verlaufenden und in 2 durch einen Doppelpfeil 60 veranschaulichten Richtung, welche auch als Erstreckungsrichtung bezeichnet wird, verläuft. Dabei endet beziehungsweise beginnt die Ausnehmung 40 entlang der Erstreckungsrichtung und somit entlang der durch den Doppelpfeil 60 veranschaulichten Richtung an jeweiligen Enden E1 und E2, sodass die Ausnehmung beziehungsweise ihre Erstreckung E entlang der Erstreckungsrichtung genau von einem der Enden E1 und E2 zu dem jeweils anderen Ende E2 beziehungsweise E1 beziehungsweise umgekehrt verläuft. Dabei ist der Schnittpunkt 58 entlang der Erstreckung E beziehungsweise entlang der Erstreckungsrichtung genau mittig zwischen den Enden E1 und E2, das heißt genau in der Mitte zwischen den Enden E1 und E2, angeordnet, sodass der Schnittpunkt 58 entlang der Erstreckung E gleich weit von den Enden E1 und E2 beabstandet ist.
3 und 4 zeigen eine zweite Ausführungsform des Ventiltriebs 10. Die zweite Ausführungsform unterscheidet sich insbesondere dadurch von der ersten Ausführungsform, dass die balligen Wandungsbereiche 46 und 48, insbesondere die balligen Kontaktflächen 50 und 52, bezogen auf die axiale Richtung der Nockenwelle 12 beziehungsweise bezogen auf die Bewegungsrichtung asymmetrisch zueinander angeordnet beziehungsweise ausgebildet sind. Dabei sind in 3 jeweilige Traganteile T1 und T2 der Wandungsbereiche 46 und 48, insbesondere der Kontaktflächen 50 und 52, gezeigt, wobei das Betätigungselement 32, insbesondere dessen Breitseiten 34 und 36, zumindest in direktem Kontakt mit den Traganteilen T1 und T2 kommen, wenn das Nockenelement 16 verschoben wird.
Ferner ist aus 3 erkennbar, dass es beispielsweise montage- und/oder toleranzbedingt zu einer Schiefstellung des Betätigungselements 32 kommen kann, sodass die Ebene 56, in welcher sich das Betätigungselement 32 erstreckt, schräg zur axialen Richtung und somit schräg zur ursprünglichen Symmetrieachse 54 und somit beispielsweise schräg zu der Ebene erstreckt, zu welcher sich die Bewegungsrichtung beziehungsweise die axiale Richtung senkrecht erstreckt. Dieser Schiefstellung wird nun dadurch Rechnung getragen, dass bei der zweiten Ausführungsform die Kontaktflächen 50 und 52 nicht bezüglich der Bewegungsrichtung beziehungsweise nicht bezüglich der axialen Richtung symmetrisch zueinander ausgebildet sind, sondern die Kontaktflächen 50 und 52 sind bezüglich der Bewegungsrichtung und somit bezüglich der axialen Richtung asymmetrisch zueinander ausgebildet.
Dabei kann insbesondere vorgesehen sein, dass die Wandungsbereiche 46 und 48, insbesondere die Kontaktflächen 50 und 52, symmetrisch bezüglich der Ebene 56 ausgebildet sind, sodass die Ebene 56 auch bei der zweiten Ausführungsform und somit bei der Schiefstellung des Betätigungselements 32 eine Symmetrieebene ist, bezüglich derer die Wandungsbereiche 46 und 48, insbesondere die Kontaktflächen 50 und 52, ballig ausgebildet sind.
Aus den Fig. ist besonders gut erkennbar, dass das Betätigungselement 30 als eine Gabel ausgebildet ist, in die das Betätigungselement 32 eingreift. Das auch als Nockenträger bezeichnete Nockenelement 16 kann über das beispielsweise als Scheibe ausgebildete Betätigungselement 32 mittels der Gabel beziehungsweise über die Gabel mittels des Aktors 28 verschoben werden.
Die in 3 und 4 veranschaulichte Schiefstellung kann beispielsweise in einem realen Betrieb der Verbrennungskraftmaschine bei unterschiedlichen Öffnungszeichen beziehungsweise bei unterschiedlichen Nockenformen eines Zylinders der Verbrennungskraftmaschine auftreten. Durch unterschiedliche Kräfte zum Öffnen und Schließen des jeweiligen Gaswechselventils und durch ein etwaig vorgesehenes Spiel in den Verzahnungen zwischen dem Nockenträger und der Nockenwelle 12 kann es zu der in 3 und 4 veranschaulichten Schiefstellung des Betätigungselements 32 zur auch als Verstellgabel bezeichneten Gabel kommen. Da nun bei der zweiten Ausführungsform die Kontaktflächen 50 und 52 bezogen auf die Bewegungsrichtung asymmetrisch zueinander ausgebildet sind, können trotz der Schiefstellung übermäßige Belastungen und somit ein übermäßiger Verschleiß vermieden werden. Mit anderen Worten ist die bei der zweiten Ausführungsform vorgesehene, zueinander asymmetrische Ausgestaltung der Kontaktflächen 50 und 52 hinsichtlich ihrer Balligkeit eine gegenüber der ersten Ausführungsform, insbesondere an die Schiefstellung, angepasste Balligkeit, wodurch die Traganteile T1 und T2 auch bei Schiefstellung des Betätigungselements 32 besonders vorteilhaft gestaltet werden können.
In 4 ist eine Symmetrieachse 62 veranschaulicht, bezüglich derer die Wandungsbereiche 46 und 48, insbesondere die Kontaktflächen 50 und 52, symmetrisch zueinander ballig ausgebildet sind. Um die zweite Ausführungsform mit der ersten Ausführungsform vergleichen zu können, ist in 3 und 4 auch die bei der ersten Ausführungsform vorgesehene Symmetrieachse 54 vorgesehen. Aus 4 ist erkennbar, dass die neue Symmetrieachse 62 einen Winkel mit der bisherigen Symmetrieachse 54 einschließt und somit schräg zur Symmetrieachse 54 verläuft und/oder die neue Symmetrieachse 62 kann einen Versatz V zu der bisherigen Symmetrieachse 54 aufweisen. Ein in 4 mit 64 bezeichneter Punkt, welcher ein Schnittpunkt ist, in welchem die Symmetrieachse 62 die Ebene 56 schneidet, ist dabei beispielsweise entlang der Erstreckung E näher an dem Ende E2 als an dem Ende E1 angeordnet.
Mit anderen Worten ist es bei der zweiten Ausführungsform vorgesehen, dass die Balligkeit der Kontaktflächen 50 und 52 asymmetrisch zueinander angeordnet werden, insbesondere bezüglich der Bewegungsrichtung. Die neue Symmetrieachse 62 kann einen Versatz V oder Winkel α oder beides zur Orientierung der ursprünglichen Symmetrieachse 54 aufweisen.
Der zweiten Ausführungsform liegen insbesondere die Erkenntnisse zugrunde, dass die bei der ersten Ausführungsform vorgesehenen, symmetrischen Balligkeiten der Kontaktflächen 50 und 52 unter realen Betriebsbedingungen zur Verlagerung der Kontaktflächen beziehungsweise Traganteile T1 und T2 und somit zur nur unvollständigen Nutzung der zur Verfügung stehenden Kontaktflächen 50 und 52 führen können. Um aus der Schiefstellung resultierende, übermäßige Belastungen zu vermeiden, ist bei der zweiten Ausführungsform die asymmetrische Ausgestaltung der Balligkeiten vorgesehen, sodass die Traganteile T1 und T2 bei der zweiten Ausführungsform wesentlich größer als bei der ersten Ausführungsform sind.
Des Weiteren ist es vorgesehen, dass der Aktor 28 einen vorliegend als Elektromotor 64 ausgebildeten Motor und eine Spindel 66 aufweist, welche mittels des Elektromotors 64 antreibbar und dadurch um eine Spindeldrehachse, insbesondere relativ zu dem Gehäuseelement, drehbar ist. Die Spindeldrehachse verläuft dabei beispielsweise parallel zur Nockenwellendrehachse 14. Die Spindel 66 weist beispielsweise ein erstes Gewinde in Form eines Außengewindes 68 auf. Das Betätigungselement 30 ist dabei auf der Spindel 66 angeordnet und dabei beispielsweise als Spindelmutter ausgebildet. Somit weist das Betätigungselement 30 beispielsweise ein mit dem ersten Gewinde korrespondierendes zweites Gewinde in Form eines Innengewindes auf. Die Spindelmutter ist über ihr Innengewinde auf das Außengewinde 68 aufgeschraubt und um eine um die Spindeldrehachse und relativ zu dem Gehäuseelement erfolgende Drehung gesichert. Dadurch werden Relativdrehungen zwischen der Spindel 66 und der Spindelmutter in eine translatorische Bewegung der Spindelmutter entlang der Spindeldrehachse umgewandelt. Wird somit beispielsweise die Spindel 66 um die Spindeldrehachse mittels des Elektromotors 64 in eine erste Drehrichtung gedreht, so wird dadurch beispielsweise das Betätigungselement 30 in die erste Richtung translatorisch bewegt. Wird jedoch beispielsweise die Spindel 66 um die Spindeldrehachse mittels des Elektromotors 64 in eine der ersten Drehrichtung entgegengesetzte zweite Drehrichtung gedreht, so wird dadurch das Betätigungselement 30 in die der ersten Richtung entgegengesetzte zweite Drehrichtung translatorisch bewegt.
Die Spindeldrehachse wird dabei auch als Aktordrehachse oder Motordrehachse bezeichnet. Der Elektromotor 64 weist dabei beispielsweise einen Stator und einen Rotor auf, welche von dem Stator antreibbar und dadurch um die Spindeldrehachse relativ zu dem Stator drehbar ist. In der Folge können die Belastungen und somit der Verschleiß besonders gering gehalten werden.
Bezugszeichenliste

10: Ventiltrieb
12: Nockenwelle
14: Nockenwellendrehachse
16: Nockenelement
18: Doppelpfeil
20a-c: Nocken
22: Nockenteil
24a-c: Nocken
26: Nockenteil
28: Aktor
30: erstes Betätigungselement
32: zweites Betätigungselement
34: Breitseite
36: Breitseite
38: Doppelpfeil
40: Ausnehmung
42: Pfeil
44: Pfeil
46: Wandungsbereich
48: Wandungsbereich
50: Kontaktfläche
52: Kontaktfläche
54: Symmetrieachse
56: Ebene
58: Punkt
60: Doppelpfeil
62: Symmetrieachse
64: Elektromotor
65: Punkt
66: Spindel
68: Außengewinde
E: Erstreckung
E1: Ende
E2: Ende
T1: Traganteil
T2: Traganteil
V: Versatz
α: Winkel

ZITATE ENTHALTEN IN DER BESCHREIBUNG
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Zitierte Patentliteratur

DE 102015012044 A1 [0002]
DE 102007037745 A1 [0002]

Claims

Ventiltrieb (10) für eine Verbrennungskraftmaschine, mit wenigstens einer Nockenwelle (12), mit wenigstens einem Nockenelement (16), welches zumindest zwei Nocken (20a, b) zum Betätigen eines Gaswechselventils der Verbrennungskraftmaschine aufweist und in axialer Richtung (18) der Nockenwelle (12) verschiebbar ist, mit einem Aktor (28), mit einem ersten Betätigungselement (30), und mit einem an dem Nockenelement (16) vorgesehenen und mit dem Nockenelement (16) mitverschiebbaren zweiten Betätigungselement (32), wodurch das Nockenelement (16) über die Betätigungselemente (30, 32) mittels des Aktors (28) in axialer Richtung (18) verschiebbar ist, dadurch gekennzeichnet, dass das eine der beiden Betätigungselemente (30, 32) mindestens einen ballig ausgebildeten Wandungsbereich (46, 48) aufweist, an welchem das andere der beiden Betätigungselemente (32) zumindest beim Verschieben des Nockenelements (16) abstützbar und die Balligkeit in einem achsparallelen Schnitt bezogen auf die axiale Richtung (18) der Nockenwelle (12) richtungsasymmetrisch ausgeführt ist.
Ventiltrieb (10) nach Anspruch 1, dadurch gekennzeichnet, dass das eine der beiden Betätigungselemente (30, 32) einen zweiten ballig ausgebildeten Wandungsbereich (46, 48) aufweist und/oder dass das andere der beiden Betätigungselemente (30,32) mindestens einen ballig ausgebildeten Wandungsbereich (46, 48) aufweist, an welchem jeweils das andere der beiden Betätigungselemente (32) zumindest beim Verschieben des Nockenelements (16) abstützbar und die Balligkeit in einem achsparallelen Schnitt bezogen auf die axiale Richtung (18) der Nockenwelle (12) richtungsasymmetrisch ausgeführt ist.
Ventiltrieb (10) nach Anspruch 2, gekennzeichnet durch eine Symmetrieachse (62), entlang welcher die balligen Wandungsbereiche (46, 48) symmetrisch zueinander angeordnet sind.
Ventiltrieb (10) nach Anspruch 3, dadurch gekennzeichnet, dass die Symmetrieachse (62) schräg zur axialen Richtung (18) verläuft.
Ventiltrieb (10) nach Anspruch 3 oder 4, dadurch gekennzeichnet, dass ein auf der Symmetrieachse (62) liegender Punkt(64) , welcher bezogen auf die axiale Richtung (18) mittig zwischen den Wandungsbereichen (46, 48) liegt, entlang einer senkrecht zur axialen Richtung verlaufenden Erstreckung (E) der Ausnehmung (40) näher an einem ersten Ende (E2) als an einem dem ersten Ende (E2) gegenüberliegenden zweiten Ende (E1) der Ausnehmung (40) angeordnet ist.
Ventiltrieb (10) nach einem der vorhergehenden Ansprüche, dadurch gekennzeichnet, dass die balligen Wandungsbereiche (46, 48) die Ausnehmung (40) in axialer Richtung (18) zumindest überwiegend, insbesondere vollständig, begrenzen.
Ventiltrieb (10) nach einem der vorhergehenden Ansprüche, dadurch gekennzeichnet, dass der Aktor (28) einen Motor (64) und eine mittels des Motors (64) um eine Aktordrehachse drehbare Spindel (66) aufweist, auf welcher das erste Betätigungselement (30) angeordnet ist, welches mittels der Spindel (66) durch Drehen der Spindel (66) verschiebbar ist.
Ventiltrieb (10) nach Anspruch 7, dadurch gekennzeichnet, dass der Motor (64) als ein Elektromotor (64) ausgebildet ist.
Ventiltrieb (10) nach Anspruch 7 oder 8, dadurch gekennzeichnet, dass die Aktordrehachse parallel zur axialen Richtung (18) der Nockenwelle (12) verläuft.
Verbrennungskraftmaschine für ein Kraftfahrzeug, mit wenigstens einem Ventiltrieb (10) nach einem der vorhergehenden Ansprüche.