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Die Erfindung betrifft ein Zylinderkopfmodul eines variablen Ventiltriebs einer Brennkraftmaschine, mit einer Reihe von Schaltschlepphebeln zur Beaufschlagung von gleichwirkenden Gaswechselventilen, wobei jeder Schaltschlepphebel mit wenigstens einem Hubnocken einer Nockenwelle in Kontakt ist und ein Koppelschiebermittel hat, von dem ein Schieberteil lateral aus dem Schaltschlepphebel ragt, wobei im Zylinderkopf, parallel zur Nockenwelle, eine Schubstange mit Stellfingern hieran gelagert ist, von denen jeder über einen schubstangenfernen Abschnitt auf das Schieberteil eines Schaltschlepphebels einwirkt und wobei im Zylinderkopf Verlagerungsmittel für die Schubstange appliziert sind.
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Ein derartiges Modul, auch e-Rocker-Modul oder e-Rocker-System genannt, geht aus der
DE 10 2017 101 792 hervor. Hervorstehend ist, dass die zentrale Aktorleiste mit Stellfingern durch einen stirnseitigen e-Aktor in eine Richtung (Zustell- oder Koppelrichtung für Koppelschiebermittel in den Schaltschlepphebeln) verlagert wird. Das Verschieben bzw. „Vorspannen“ aller Schieberteile der Reihe der gleichwirkenden Gaswechselventile erfolgt somit unmittelbar über die Kraft des hierfür zu bestromenden Aktors. Klar ist, dass der Aktor bei hohen Verschiebekräften, wie sie u. a. bei einer hohen Zahl von zu betätigenden Schaltschlepphebeln, großer Reibung, hohen Rückstellfederkräften u./o. hohen Verschiebegeschwindigkeiten (hohe Drehzahlen der Brennkraftmaschine) an seine Grenzen stößt. Ein Verbau stärkerer bzw. größerer Aktoren würde das Bordnetz stärker belasten oder aus Bauraum- bzw. Kostengründen an Grenzen stoßen.
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Aufgabe ist es daher, ein Zylinderkopfmodul (e-Rocker-Modul) zu schaffen, welches sich schnell, sicher und mit geringem Energieaufwand schalten lässt.
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Erfindungsgemäß wird diese Aufgabe dadurch gelöst, dass die Verlagerungsmittel indirekt wirkend sind und aus einer nockenwellenfesten Axialschiebekulisse mit einem Zu- und Rückstellprofil für die Schubstange bestehen, wobei in Letztgenannter ein quer durchgehender, axialbeweglicher Steuerstift mit einem Eingriffsende für die Axialschiebekulisse sitzt und wobei an einer Längsseite des Zylinderkopfes ein Aktor wie ein Linearaktor befestigt ist, dessen Stellpin zumindest mittelbar in Kontakt mit einer dem Eingriffsende abgewandten Stirn des Steuerstiftes steht.
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Die Schubstange mit Stellfingern und über diese die respektiven Schieberteile der Schaltschlepphebel werden nunmehr letztlich mechanisch durch formschlüssige Anlage des aktorbeaufschlagten Steuerstifts an einem der Profile der Axialschiebkulisse verschoben. Die Verschiebeenergie wird somit der Nockenwelle entnommen und stammt nicht aus dem Aktor / Linearaktor. Die Anforderungen an den zumindest einen Aktor / Linearaktor je Schubstange, welcher vorzugsweise ein elektromechanischer Aktor mit zumindest einem Stellpin ist, alternativ ein Hydraulik- bzw. Pneumatikaktor oder dergleichen, sinken dramatisch.
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Es versteht sich, dass die Erfindung schon bei einzylindrigen Brennkraftmaschinen mit bspw. zwei gleichwirkenden Ein- oder Auslassventilen Verwendung finden kann. Vorzugsweise ist jedoch an einen Einsatz bei mehrzylindrigen Brennkraftmaschinen wie Vierzylindermaschinen gedacht. Hierbei kann das Modul zur gleichzeitigen Beaufschlagung der gleichwirkenden Ventile von bspw. zwei oder von sämtlichen Zylindern verwendet werden. Somit kommen bei der genannten Vierzylindermaschine auch zwei getrennte Module für eine Reihe gleichwirkender Gaswechselventile infrage, was u. a. kürzere Schubstangen zur Folge hat.
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Eine entsprechende Umlenkung vorausgesetzt, kann anstelle der bevorzugten „Querverriegelung“ am jeweiligen Schaltschlepphebel mit seitlich abstehendem Koppelschiebermittel auch eine Längsverriegelung vorgesehen sein. Für diesen Fall müsste am Modul noch eine entsprechende Kraftumlenkung der Längsverschiebekraft der Stellfinger verbaut werden.
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Besonders bevorzugt ist es zwar, wenn die Stellfinger auf ihre Schieberteile in Einfahrrichtung in den Schaltschlepphebel wirken und somit den Schieberteilen lediglich einfach stirnseitig vorgeordnet sind. Eine Rückstellung der Schieberteile erfolgt hierbei vorzugsweise über Rückstellfedern im Schaltschlepphebel. Alternativ können die Stellfinger auch „ziehend“ auf die Koppelschiebermittel bzw. in deren beide Axialrichtungen einwirken.
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Nach einer bevorzugten Fortbildung der Erfindung kann die Axialschiebekulisse eine Nutkulisse in einem bspw. separat auf der Nockenwelle befestigten Nutstücks sein. Derartige Nutkulissen sind auch von den in Großserie (VW, Audi) befindlichen Schiebenockenventiltrieben bekannt, welche an dieser Stelle nicht näher erläutert werden müssen (s. bspw.
EP 0 789 451 B1 ). Als Zu- und Rückstellprofil für die Axialschiebekulisse kommt hierbei ein von den o. g. Schiebenockenventiltrieben her bekannte Ausbildung wie ein X-, S-, DS- oder XL-Profil infrage. Die Kontur für die Axialschiebekulisse der Erfindung kann auch zusätzlich eine Radialausprägung aufweisen, so dass über gezielt ausgebildete Höhen- oder Tiefenabschnitte bspw. ein Falscheinfahren des Steuer- und Stellpins des Aktors / Linearaktors in die Axialschiebekulisse verhindert oder dass hierüber ein Rückfahren des Steuer- und Stellpins erzwungen wird. Alternativ kann die Axialschiebekulisse auch einteiliger Bestandteil der Nockenwelle sein oder auf einer separaten Welle sitzen.
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Eine besonders einfache Ausbildung und Anordnung der Schubstange ist Gegenstand eines weiteren Unteranspruchs. Demnach soll diese als Flachleiste wie eine Blechstreifen vorliegen und aufrecht (hochkant) in Längsschlitzen des Zylinderkopfes geführt werden. Diese aufrechte Lagerung ermöglicht eine simple frontseitige Befestigung des Aktors / Linearaktors am Zylinderkopf. Somit liegen in Querrichtung des Zylinderkopfes gesehen Aktor / Linearaktor, Steuerstift, Schubstange und Nockenwelle in etwa fluchtend hintereinander. Der Zylinderkopf baut hierdurch nicht unnötig größer. Alternativ kann die Schubstange auch einen rohr- oder zylindrischen Querschnitt aufweisen bzw. als Mehrkantprofilstück vorliegen.
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In weiterer Konkretisierung der Erfindung ist es vorgeschlagen, wenigstens eine der aneinander grenzenden Kontaktstirnen von Steuerstift und Stellpin deutlich zu verbreitern, diese sozusagen als Kontaktteller auszubilden, so dass über den gesamten Verfahrweg der Schubstange deren Kontakt gegeben ist. Unter Umständen kann der Steuerstift oder der Stellpin auch einen entsprechend großen Einheitsdurchmesser aufweisen, so dass sich eine Verbreiterung dessen Kopfbereichs erübrigt.
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Um ein sicheres Rückführen des Steuerstifts in Aktorrichtung zu gewährleisten, ggf. auch um ein Einfahren des Stellpins des Aktors zu unterstützen, ist es vorgesehen, den Aktor von einer Rückstellfeder in Richtung zum Aktor / Linearaktor zu beaufschlagen. Hierbei ist bspw. an eine simple, den Steuerstift umfassende Schraubendruckfeder gedacht, welche zwischen der Aktorleiste und dem Steuerstift eingespannt ist. Ein entsprechendes Radialauswurfprofil auf einem Bodenkreis der Axialschiebekulisse kann diese Rückführbewegung ebenfalls verursachen bzw. unterstützen.
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Zur Aktuierung der Schieberteile der Schaltschlepphebel weist die Schubstange von dieser abstehende oder abhängende Federzungen auf, welche bspw. aus dünnwandigem Federstahlblech bestehen. Nach ausgelöstem Schaltbefehl werden die Federzungen derjenigen Schaltschlepphebel, welche nicht einen Nockengrundkreisdurchlauf momentan erfahren, lediglich vorgespannt und geben ihre Energie erst im nachfolgenden Grundkreisevent an das entsprechende Schieberteil ab.
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Ein rein mechanisches Halten der Schubstange in ihren beiden axialen Endlagen ist in weiterer Fortbildung der Erfindung über ein Rastiermittel wie eine federbelastete Kugelarretierung angedacht. Letztgenannte sitzt bspw. ebenfalls quer im Zylinderkopf. Deren Kugel als Rastkörper „rutscht“ im Endlagenfall in eine kalottenförmige Einformung der Schubstange. Alternativ kann die Schubstange auch über einen nicht näher zu beschreibenden bistabilen Rastmechanismus fixiert werden, bei welchem lediglich ein Impuls in eine Richtung ausreichend ist, um eine Rastierung in jeder Endlage aufzuheben.
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Über die in einem weiteren Unteranspruch aufgeführte Buchse in der Schubstange erfolgt eine hervorragende, kipparme oder -freie axiale Führung der Steuerstifts. Ggf. kann die Schubstange an dieser Position selbst eine flanschartige Auswulstung aufweisen.
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Zur Zeichnung:
- • 1 zeigt eine räumliche Ansicht auf ein Zylinderkopfmodul schräg von oben und
- • 2 zeigt einen Querschnitt durch das Zylinderkopfmodul längsmittig durch den Aktor / Linearaktor.
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Dargestellt ist in 1 ein Zylinderkopfmodul 1 eines variablen Ventiltriebs einer Vierzylinder-Brennkraftmaschine. Das Modul 1 dient der Beaufschlagung / Deaktivierung einer Reihe von darunter liegenden gleichwirkenden Gaswechselventilen 3. Entsprechend andere Gestaltung der Hubnocken (Groß- und Kleinhubnocken) und Schaltschlepphebel etc. vorausgesetzt, kann das Modul auch zur Hubumschaltung an den Gaswechselventilen dienen.
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Jedem Gaswechselventil 3 (s. a. 2) ist ein Schaltschlepphebel 2 zugeordnet, welcher hier als Abschalthebel vorliegt. Kurz gesagt hat jeder Schaltschlepphebel 2 einen kastenförmigen Außenhebel 31, welcher einen klinkenartigen Innenhebel 30 einfasst. Die Hebel 31, 30 sitzen ventilseitig auf einer gemeinsamen Schwenkachse 32, wobei lediglich der mittige Innenhebel 30 von einem Hubnocken 4 einer Nockenwelle 5 beaufschlagt ist.
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Jeder Schaltschlepphebel 2 hat an seiner ventilfernen Längsseite ein quer zu dessen Längserstreckung verlaufendes Koppelschiebermittel 6. Letztgenanntes besteht hierbei aus einem nicht gezeigten Innenschieber, welcher von einem Schieberteil 7 „angestoßen“ ist, das mit einem Ende lateral aus dem Schaltschlepphebel 2 ragt. Derartige Schaltschlepphebel werden auch als sogenannte „Querverriegler“ bezeichnet.
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Im Zylinderkopf 8, parallel zur Nockenwelle 5, ist eine aufrechte, zentrale Schubstange 9 aus Stahlblech verbaut. Diese ist in Längsschlitzen 22 in Zylinderkopfstegen 23 geführt und steht der Nockenwelle 5 vor. Von der Schubstange 9 hängt je Schaltschlepphebel 2 ein als blattartige Federzunge vorliegender Stellfingern 10 ab (s. a. 2). Ein der Schubstange 9 abgewandter Abschnitt 11 des jeweiligen Stellfingers 10 agiert über einen verbreiterten Abschnitt außen auf das zugeordnete Schieberteil 7 des jeweiligen Schaltschlepphebels 2 im Einschubsinn.
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Die Längsverschiebung der Schubstange 9 erfolgt über indirekt wirkende Verlagerungsmittel 12. Diese bestehen zum einen aus einer fest auf der Nockenwelle 5 sitzenden Axialschiebekulisse 13. Diese ist hierbei als Nutkulisse in X-Nut-Gestaltung in einem separat mit der Nockenwelle 5 gefügten Bauteil ausgebildet. Dabei ist der aus 1 links hervorgehende Abschnitt der Axialschiebekulisse 13 als Rückstellprofil 14 (Bewegung der Schubstange 9 nach rechts) und der hiervon rechts liegende Abschnitt als Zustellprofil 15 (Bewegung der Schubstange 9 nach links) für die Schubstange 9 ausgebildet.
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Als weiterer Bestandteil der Verlagerungsmittel 12 verläuft in einer Bohrung der Schubstange 9, genauer gesagt in einer separaten Buchse 33, ein quer durchgehender, axialbeweglicher Steuerstift 16 mit einem Eingriffsende 17 für die Axialschiebekulisse 13. Der Steuerstift 16 ist von einer Rückstellfeder 25 umfasst, welche mit einem Ende an der Schubstange 9 abgestützt ist. Eine schubstangenferne Stirn 21 des Steuerstifts 16 ist tellerartig verbreitert und in permanentem Kontakt mit einer „freien“ Stirn 24 eines Stellpins 20 eines Aktors 19, welcher ein weiterer Bestandteil der Verlagerungsmittel 12 ist und als e-Aktor vorliegt. Wie zudem aus 1 entnehmbar, ist der Aktor an einer Längsseite 18 des Zylinderkopfes 8 verschraubt.
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Des Weiteren ist zur Fixierung der beiden axialen Endlagen der Schubstange 9 ein Rastiermittel 26 appliziert. Hierfür sitzt, wie 1 in der linken Bildhälfte zeigt, im Zylinderkopf eine Feder-Kugel-Arretierung als das Rastiermittel 26, deren als Kugel vorliegender Rastierkörper 27 mit kalottenförmigen und somit komplementären Rasteinformungen 28 in der Schubstange kommuniziert. Die Schubstange 9 und somit das Modul 1 ist in 1 im nichtaktivierten Modus gezeigt, d. h. über vorangehenden Aktoreingriff in das Rückstellprofil 14 der Axialschiebekulisse 13 wurde die Schubstange 9 hier von links nach rechts verlagert, wodurch die Stellfinger 10 ihre entsprechenden Schieberteile 7 „freigaben“ und jeder Schaltschlepphebel 2 beim Grundkreisdurchlauf seines Hubnockens 4 in Koppelposition und somit in Aktivierungsmodus für dessen Gaswechselventil läuft. -Je nach Gestaltung des Koppelmechanismus kann auch bei Verlagerung der Schubstange 9 nach rechts wie eben beschrieben ein Entkoppeln am jeweiligen Schaltschlepphebel 2 erzielt werden.-
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Sollen die Schaltschlepphebel 2 auf den Hub ihrer Nocken 4 rückgeschaltet werden, so wird der Aktor 19 bestromt. Hierdurch verlagert dessen ausfahrender Stellpin (Ankerpin) den in der Schubstange 9 mitlaufenden Steuerstift 16 axial in die Axialschiebekulisse 13 an das Zustellprofil 15. Sobald dessen axialer Hubbereich beginnt, wird die Schubstange 9 hier zwangsweise von rechts nach links verlagert, wodurch jeder abhängende Stellfinger 10 sein Schieberteil 7 im Schaltschlepphebel 2 entweder vorspannt oder bei durchlaufendem Nockengrundkreis sofort einwärts in Koppelrichtung verlagert.
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Es versteht sich von selbst, dass die Bestromung des Aktors 19 entsprechend getriggert erfolgt, worauf an dieser Stelle jedoch nicht eingegangen werden muss. Klar ist jedoch, dass ein Einfahren des Steuerstifts 16 in die Axialschiebekulisse 13 idealerweise dann erfolgen sollte, wenn eine Schaltanforderung besteht und ein axialer Hubbeginn des Zu- oder Rückstellprofis 14, 15 in diesem Moment den Steuerstift 16 passiert. Idealerweise wird der Aktor 19 schon dann bestromt, wenn der stellpinbeaufschlagte Steuerstift 16 einem Profil der Axialschiebekulisse 13 soeben gegenübersteht, welches dessen Einfahren nicht ermöglicht, hier somit erhaben ist. Somit erhält der Mechanismus (Steuerstift 16) genügend Zeit, um „vorgespannt“ zu werden und um anschließend in die Axialschiebekulisse 13 „schlagartig“ einzufahren. Danach, d. h. bei der nächsten Nockenwellenumdrehung, kann eine Umschaltung des Systems erfolgen.
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Bezugszeichenliste
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- 1)
- Zylinderkopfmodul, Modul
- 2)
- Schaltschlepphebel
- 3)
- Gaswechselventil
- 4)
- Hubnocken
- 5)
- Nockenwelle
- 6)
- Koppelschiebermittel
- 7)
- Schieberteil
- 8)
- Zylinderkopf
- 9)
- Schubstange
- 10)
- Stellfinger
- 11)
- Abschnitt
- 12)
- Verlagerungsm ittel
- 13)
- Axialschiebekulisse
- 14)
- Rückstellprofil
- 15)
- Zustellprofil
- 16)
- Steuerstift
- 17)
- Eingriffsende
- 18)
- Längsseite
- 19)
- Linearaktor, Aktor
- 20)
- Stellpin
- 21)
- Stirn
- 22)
- Längsschlitz
- 23)
- Zylinderkopfsteg
- 24)
- Stirn
- 25)
- Rückstellfeder
- 26)
- Rastiermittel, Feder-Kugel-Arretierung
- 27)
- Rastierkörper
- 28)
- Rasteinformung
- 29)
- Abstützelement
- 30)
- Innenhebel
- 31)
- Außenhebel
- 32)
- Schwenkachse
- 33)
- Buchse
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ZITATE ENTHALTEN IN DER BESCHREIBUNG
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Zitierte Patentliteratur
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- DE 102017101792 [0002]
- EP 0789451 B1 [0009]
