DE102018117335A1

DE102018117335A1 - Variabler Ventiltrieb eines Verbrennungskolbenmotors

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Publication number: DE102018117335A1
Application number: DE102018117335.0A
Authority: DE
Inventors: Thomas Werblinski; Volker Schmidt; Frank Himsel
Original assignee: Schaeffler Technologies AG and Co KG
Current assignee: Schaeffler Technologies AG and Co KG
Priority date: 2018-07-18
Filing date: 2018-07-18
Publication date: 2020-01-23

Abstract

Ventiltrieb (4) eines Verbrennungskolbenmotors mit mindestens einem Gaswechselventil (12) gleicher Funktion pro Zylinder in einem Zylinderkopf (2), dessen Ventilhub jeweils durch wenigstens einen Nocken (8, 10) einer Nockenwelle (6) vorgegeben und mittels eines schaltbaren Schlepphebels (14) selektiv auf mindestens ein zugeordnetes Gaswechselventil (12) übertragbar ist, wobei jeweils in einer Querbohrung axialbeweglich geführte Schaltbolzen (26) der Schlepphebel (14) über als Blattfedern ausgebildete Verbindungselemente (28) mit mindestens einer Schaltstange (20, 34) verbunden sind, die oberhalb der Schlepphebel (14) parallel zur Nockenwelle angeordnet und mittels eines Aktuators (26) aus einer Ruhestellung in eine Schaltstellung längsverschiebbar ist, die Blattfedern (28) jeweils mit ihren oberen Enden (30) an der mindestens einen Schaltstange (20, 34) befestigt sind und mit ihren unteren Enden an einer äußeren Stirnwand des jeweiligen Schaltbolzens (26) anliegen. Zudem ist vorgesehen, dass die mindestens eine Schaltstange (20, 34) parallel zur Nockenwelle (16) in Führungen (2a, 36) im Zylinderkopf (2) gelagert ist, wobei die mindestens eine Schaltstange und/oder die Führungen so gestaltet sind, dass sich zwischen den Führungen (2a, 36) und der mindestens einen Schaltstange (20, 34) nur ein Linien- oder Punktkontakt ergibt, um einen reibungserhöhenden Haftgleiteffekt zwischen den Führungen und der mindestens einen Schaltstange zu vermeiden.

Description

Die Erfindung betrifft einen variablen Ventiltrieb eines Verbrennungskolbenmotors mit mindestens einem Gaswechselventil gleicher Funktion pro Zylinder in einem Zylinderkopf des Verbrennungskolbenmotors, dessen Ventilhub jeweils durch wenigstens einen Nocken einer Nockenwelle vorgegeben und mittels eines schaltbaren Schlepphebels selektiv auf mindestens ein zugeordnetes Gaswechselventil übertragbar ist, wobei jeweils in einer Querbohrung axialbeweglich geführte Schaltbolzen der Schlepphebel über als Blattfedern ausgebildete Verbindungselemente mit mindestens einer Schaltstange verbunden sind, welche oberhalb der schaltbaren Schlepphebel parallel zu der Nockenwelle angeordnet und mittels eines Linearaktuators aus einer Ruhestellung in eine Schaltstellung längsverschiebbar ist, die Blattfedern jeweils mit ihren oberen Enden an der mindestens einen Schaltstange befestigt sind und mit ihren unteren Enden an einer äußeren Stirnwand des jeweiligen Schaltbolzens anliegen.
Schaltbare Schlepphebel der genannten Bauart werden bevorzugt in Ventiltrieben von Verbrennungskolbenmotoren verwendet, bei denen zur Zylinderabschaltung einzelner Zylinder in bestimmten Betriebsphasen, insbesondere im Teillastbetrieb, die Hubübertragung auf die betreffenden Gaswechselventile deaktiviert wird. Ein solcher Schlepphebel eines Ventiltriebs, bei dem der Innenhebel durch eine Axialverschiebung eines in einer Längsbohrung des Außenhebels axialbeweglich geführten Koppelbolzens gegen die Rückstellkraft einer Druckfeder von dem Außenhebel entkoppelt und damit die Hubübertragung auf das zugeordnete Gaswechselventil abgeschaltet werden kann, ist aus der DE 10 2006 057 894 A1 bekannt. Die hierzu erforderliche Stellkraft wird hydraulisch erzeugt, indem unter einem hohen Schaltdruck stehendes Hydrauliköl oder Motoröl über eine Bohrung im Kopf des Abstützelementes und eine Bohrung in der kalottenförmigen Aufnahme des Außenhebels in einen von der Längsbohrung und dem Koppelbolzen eingeschlossenen Druckraum geführt wird.
Ein ähnlicher Schlepphebel eines Ventiltriebs mit umgekehrter Schaltwirkung ist dagegen als dortige zweite Ausführungsform in der US 5 544 626 A beschrieben. Bei diesem bekannten Schlepphebel ist der Innenhebel durch eine Axialverschiebung eines in einer Längsbohrung des Außenhebels axialbeweglich geführten Koppelbolzens gegen die Rückstellkraft einer Druckfeder mit dem Außenhebel koppelbar, wodurch die im kraftlosen Zustand abgeschaltete Hubübertragung auf das zugeordnete Gaswechselventil einschaltbar ist. Die erforderliche Stellkraft wird in diesem Fall elektromagnetisch erzeugt, indem die Magnetspule eines Elektromagneten, der au-ßen axial benachbart zu dem Koppelbolzen an dem Außenhebel angeordnet ist, und dessen Anker starr mit dem Koppelbolzen verbunden ist, bestromt wird.
Sollen Gaswechselventile eines Verbrennungskolbenmotors gruppenweise selektiv abgeschaltet oder umgeschaltet werden, so sind bei einer hydraulischen Verstellung der Koppelelemente getrennte Schaltdruckleitungen mit jeweils einem zugeordneten Schaltventil und bei einer elektromagnetischen Verstellung der Koppelelemente getrennte elektrische Schaltleitungen erforderlich, deren Leitungszweige jeweils bis in die Schlepphebel geführt sind.
Da die Anordnung separater hydraulischer Schaltdruckleitungen oder elektrischer Schaltleitungen in einem Zylinderkopf eines Verbrennungskolbenmotors aufgrund beengter Platzverhältnisse relativ schwierig und aufwendig ist, wurde in der nicht vorveröffentlichten DE 10 2017 101 792 A1 ein variabler Ventiltrieb eines Verbrennungskolbenmotors vorgeschlagen, bei dem der Ventilhub mehrerer funktionsgleicher Gaswechselventile mittels eines einzigen Aktuators umschaltbar ist.
Die schaltbaren Schlepphebel dieses Ventiltriebs weisen jeweils einen Primärhebel und einen Sekundärhebel auf. Der Primärhebel ist mit seinem einen Ende an dem Ventilschaft des zugeordneten Gaswechselventils sowie mit seinem anderen Ende an einem zugeordneten, gehäuseseitig gelagerten Abstützelement abgestützt und steht zwischen seinen Enden mit dem zugeordneten Primärnocken in Abgriffkontakt.
Der Sekundärhebel ist schwenkbar am Primärhebel gelagert, steht mit dem zugeordneten Sekundärnocken in Abgriffkontakt, und ist mittels eines verschiebbaren Koppelelementes mit dem Primärhebel koppelbar. Die Koppelelemente der schaltbaren Schlepphebel sind jeweils als ein axialbeweglich in einer Querbohrung des Primärhebels geführter Koppelbolzen ausgebildet, der mittels eines in einer Querbohrung des Sekundärhebels axialbeweglich gelagerten Schaltbolzens gegen die Rückstellkraft eines Federelements in eine gegenüberliegende Koppelbohrung des Sekundärhebels verschiebbar ist.
Jeder Schaltbolzen ragt mit seinem äußeren Ende aus dem Sekundärhebel heraus und steht an diesem über ein nach oben gerichtetes, als eine Blattfeder ausgebildetes Verbindungselement mit einer als Flachstab ausgebildeten Schaltstange einer Stellvorrichtung in Stellverbindung. Die Schaltstange ist oberhalb der Schlepphebel parallel zu der zugeordneten Nockenwelle angeordnet sowie mittels eines Linearaktuators gegen die Rückstellkraft eines Federelements aus einer Ruhestellung in eine Schaltstellung längsverschiebbar. Die Schaltstange ist in mehreren gehäusefesten Führungsöffnungen des Nockenwellenträgers axialbeweglich geführt, die in den Lagerdeckeln der Auslassnockenwelle angeordnet sind. Sowohl in den Führungsöffnungen für die als Flachstab ausgebildete Schaltstange als auch in entsprechenden Führungsöffnungen für eine als Rundstab ausgebildete Schaltstange liegt eine verhältnismäßig große Kontaktfläche in den Führungen mit der Schaltstange vor. Dies ist reibungsungünstig bei nicht ausreichender Schmierung in den Führungsöffnungen und begünstig ein Anhaften der Schaltstange in den Führungsöffnungen bei hoher Schmiermittelviskosität infolge niedriger Temperaturen, und es ergibt sich der bekannte Haftgleiteffekt.
Die Blattfedern sind nach Art einer Sicherungsscheibe jeweils durch das Aufstecken mit Eingriff einer endseitig offenen Bohrung in eine an dem äußeren Ende des jeweiligen Schaltbolzens angeordnete Ringnut gelenkig an den Schaltbolzen befestigt und greifen mit ihrem anderen, oberen Ende spielbehaftet in jeweils eine zugeordnete Öffnung der Schaltstange ein. Mögliche Ausführungen einer derartigen Gelenkverbindung zwischen einer Blattfeder einer Stellvorrichtung und einem Schaltbolzen eines schaltbaren Schlepphebels sind beispielsweise in der nicht vorveröffentlichten DE 10 2017 119 653 A 1 angegeben.
Wenn die Primärnocken der betreffenden Nockenwelle als Nullhubnocken, also ohne eine Nockenerhebung, ausgeführt sind, kann eine derartige Anordnung von schaltbaren Schlepphebeln und der beschriebenen Stellvorrichtung auch zur gruppenweisen Hubabschaltung funktionsgleicher Gaswechselventile verwendet werden.
Vor diesem Hintergrund lag der Erfindung die Aufgabe zugrunde, die Schaltstange kostengünstig herzustellen, bauraumoptimal in dem Zylinderkopf zu lagern und so zu führen, dass kein Haftgleiteffekt beim Schaltvorgang auftritt. Des Weiteren müssen die Schaltstangen beim Einsatz von mehreren Schaltstangen, die über einen Mehr-Pin-Aktuator ausgelenkt werden, möglichst nahe beieinander liegen, möglichst auf einer Ebene, damit alle Blattfedern des Systems eine möglichst gleiche relative Position zueinander haben, um eine sichere Betätigung der schaltbaren Schlepphebel zu gewährleisten.
Gelöst wird diese Aufgabe durch einen Ventiltrieb mit den Merkmalen des Anspruchs 1. Vorteilhafte Weiterbildungen und Ausgestaltungen der Erfindung sind in den abhängigen Ansprüchen definiert.
Demnach geht die Erfindung aus von einem variablen Ventiltrieb eines Verbrennungskolbenmotors mit mindestens einem Gaswechselventil gleicher Funktion pro Zylinder in einem Zylinderkopf des Verbrennungskolbenmotors, dessen Ventilhub jeweils durch wenigstens einen Nocken einer Nockenwelle vorgegeben und mittels eines schaltbaren Schlepphebels selektiv auf mindestens ein zugeordnetes Gaswechselventil übertragbar ist, wobei jeweils in einer Querbohrung axialbeweglich geführte Schaltbolzen der Schlepphebel über als Blattfedern ausgebildete Verbindungselemente mit mindestens einer Schaltstange verbunden sind, welche oberhalb der schaltbaren Schlepphebel parallel zu der Nockenwelle angeordnet und mittels eines Linearaktuators aus einer Ruhestellung in eine Schaltstellung längsverschiebbar ist, die Blattfedern jeweils mit ihren oberen Enden an der mindestens einen Schaltstange befestigt sind und mit ihren unteren Enden an einer äußeren Stirnwand des jeweiligen Schaltbolzens anliegen.
Zur Lösung der gestellten Aufgabe ist bei diesem Ventiltrieb außerdem vorgesehen, dass die mindestens eine Schaltstange parallel zur Nockenwelle in Führungen im Zylinderkopf gelagert ist, wobei die mindestens eine Schaltstange und/oder die Führungen derart gestaltet sind, dass sich zwischen den Führungen und der mindestens einen Schaltstange nur ein Linien- oder Punktkontakt ergibt, um einen reibungserhöhenden Haftgleiteffekt zwischen den Führungen und der mindestens einen Schaltstange zu vermeiden.
Die mindestens eine Schaltstange ist platzsparend und bauraumoptimal in der den Zylinderkopf und einen Ventildeckel trennenden gedachten Trennebene geführt, wobei die mindestens eine Schaltstange mit Bewegungsspiel in den Führungen in Form von Ausnehmungen in der Trennebene zwischen dem Zylinderkopf und dem Ventildeckel geführt ist, und wobei die Führungen in Form der Ausnehmungen für die mindestens eine Schaltstange mindestens durch die Ausnehmungen und die mindestens eine Schaltstange überdeckende Elemente verschlossen sind. Hierzu sind im Bereich der Trennebene zwischen dem Zylinderkopf und dem Ventildeckel entsprechende Ausnehmungen ausgebildet.
Die Führungen in Form der Ausnehmungen können, wenn sie für die Aufnahme von der mindestens einen Schaltstange in Form von einem Schaltblech gestaltet sind, in beliebiger Winkellage zwischen waagerecht und senkrecht zur Trennebene des Zylinderkopfes ausgebildet sein. Dementsprechend kann die Schaltstangenführung eine flache, parallel zur Längserstreckung der Schaltstange verlaufende Ausnehmung oder ein nach oben offener Schlitz im Zylinderkopf sein, in welche die als Schaltblech ausgeführten Schaltstangen eingelegt werden können. Diese Ausnehmungen können beispielsweise mit dem oberen Nockenwellenhalblagerdeckel verschlossen werden, der entsprechend verlängert ausgeführt sein muss. Ist dies aus diversen Gründen, beispielsweise wegen der Motordynamik nicht erwünscht oder wegen Bauraumknappheit nicht möglich, lässt sich eine kleine, schmale Niederhalterplatte verwenden, die am Zylinderkopf mittels einer Befestigungsschraube oder auf andere Weise befestigt sein kann. Abhängig vom Motortyp und Kundenwunsch lassen sich Führungen für die mindestens eine Schaltstange auch mit anderen, bereits am Zylinderkopf vorhandenen Elementen verschließen, beispielsweise mit einem Kunststoff- oder Metallventildeckel oder durch einen Hochdruckpumpendom in Verlängerung eines oberen Nockenwellenhalblagerdeckels.
Die Führungen und/oder die mindestens eine Schaltstange können linien- oder punktförmige Erhebungen aufweisen, die den Linien- oder Punktkontakt zwischen den Führungen und der mindestens einen Schaltstange bewirken. Hierzu können die linien- oder punktförmigen Erhebungen in mindestens einer als Schaltblech ausgeführten Schaltstange als quer, diagonal und/oder in Längsrichtung verlaufende, eingeprägte Sicken und/oder in Querrichtung und Längsrichtung versetzt angeordnete, eingeprägte, punktförmige Erhebungen ausgebildet sein können.
Gemäß einer weiteren vorteilhaften, reibungsvermindernden Ausführungsform des erfindungsgemäßen Ventiltrieb können zwischen den Nockenwellenhalblagerböcken und den Nockenwellenhalblagerdeckeln einerseits sowie der mindestens einen Schaltstange andererseits linear mittels eines Käfigs geführte Wälzkörper angeordnet sein, die den Linien- oder Punktkontakt zwischen den Führungen und der mindestens einen Schaltstange bewirken.
Weiter kann vorgesehen sein, dass die die Führungen in Form von in den Nockenwellenhalblagerböcken angeordneten Ausnehmungen und die mindestens eine Schaltstange überdeckenden Elemente aus einem am Zylinderkopf befestigten Niederhalter in Form eines separaten Bauelements, wie etwa einer Hochdruckpumpendom und/oder separaten Niederhalterplatten, und/oder in Form von die Führungen in Form von Ausnehmungen überdeckenden Verlängerungen an den Nockenwellenhalblagerdeckeln ausgebildet sind.
Beim Einsatz mehrerer als flache Schaltbleche ausgeführter Schaltstangen werden diese übereinander gelegt. Sie gleiten bei einer Längsverschiebung derselben auf erhabenen Clinchpunkten übereinander, die bei der Befestigung der als Blattfedern ausgebildeten Verbindungselemente an der Oberfläche der als Schaltblech ausgeführten Schaltstangen entstehen, welche hierbei gegeneinander und/oder gegenüber den Führungen in Form von Ausnehmungen auf Abstand zueinander gehalten werden. Auf diese Weise wird eine Ölfilmbildung zwischen den als Schaltblech ausgeführten Schaltstangen verhindert, welches bei geringen Umgebungstemperaturen zum verstärkten Haften der als Schaltblech ausgeführten Schaltstangen aneinander führen würde. Dadurch wird auch die Reibung aus Einflüssen der Ölviskosität reduziert und der Haftgleiteffekt vermieden.
Die wenigstens eine Schaltstange kann auf der Einlassseite, der Auslassseite oder auch auf beiden Seiten eines Zylinderkopfes angeordnet sowie in den erwähnten Führungen aufgenommen sein.
Zur weiteren Verdeutlichung der Erfindung ist der Beschreibung eine Zeichnung eines Ausführungsbeispiels beigefügt. In dieser zeigt

1 eine isometrische Darstellung eines erfindungsgemäßen Zylinderkopfes eines Verbrennungskolbenmotors schräg von oben,
2 eine ausschnittweise Vergrößerung des Zylinderkopfes gemäß 1,
3 eine vergrößerte Schnittansicht durch den Zylinderkopf gemäß den 1 und 2 im Bereich eines oberen Nockenwellenhalblagerdeckels mit zwei übereinander gelegten, als Schaltbleche ausgeführten sowie mittels Clinchpunkten zueinander beabstandeten Schaltstangen,
4 eine isometrische Darstellung eines schaltbaren Schlepphebels mit schematischer Darstellung des Zylinderkopfes und der Führung einer als Schaltblech ausgeführten Schaltstange im Zylinderkopf.
5 eine ausschnittsweise Schnittansicht einer ersten Ausführungsform einer Führung einer zylindrischen Schaltstange,
6 eine ausschnittsweise Schnittansicht einer zweiten Ausführungsform einer Führung einer zylindrischen Schaltstange,
7 eine ausschnittsweise Schnittansicht einer zweiten Ausführungsform einer beidseitigen Führung einer als Schaltblech ausgeführten Schaltstange mittels an dieser eingeprägter Sicken oder punktförmiger Erhebungen,
8 eine ausschnittsweise Schnittansicht einer dritten Ausführungsform einer beidseitigen Führung zweier übereinandergelegter, als Schaltbleche ausgeführter Schaltstangen mittels eingeprägter Sicken oder punktförmiger Erhebungen, und
9 eine ausschnittsweise Schnittansicht einer weiteren Ausführungsform einer Führung einer zylindrischen Schaltstange mittels in einem Käfig linear geführten Wälzkörpern.

Bei dem in 1 bis 3 dargestellten Zylinderkopf 2 handelt es sich um einen Sechs-Zylindermotor mit jeweils zwölf Einlassventilen und zwölf Auslassventilen, an dem ein variabler Ventiltrieb 4 angeordnet ist. Eine Auslassnockenwelle 6 ist im Zylinderkopf 2 in Nockenwellenhalblagerböcken 2a siebenfach gelagert. Zudem sind obere Nockenwellenhalblagerdeckel 18 an einer Trennebene 16, die am Zylinderkopf 2 auch zum Auflegen eines nicht dargestellten Ventildeckels ausgebildet ist, festgeschraubt. In einen Hochdruckpumpendom 24 sind zwei benachbarte obere Nockenwellenhalblagerdeckel integriert, die zu der Auslassnockenwelle 6 in der Trennebene 16 angeordnete Ausnehmungen 36 übergreifen. Weitere Ausnehmungen 36 sind benachbart zu jeder der oberen Nockenwellenhalblagerdeckel 18 miteinander fluchtend angeordnet. Sie dienen zur Führung einer als Schaltblech ausgebildeten oberen Schaltstange 20a.
Die dargestellte, als Schaltblech ausgeführte obere Schaltstange 20a steht an einem Ende in Schaltverbindung mit einem Zwei-Pin-Linearaktuator 26, und erstreckt sich bis zum letzten oberen Nockenwellenhalblagerdeckel 18 am axial entgegengesetzten Ende der Auslassnockenwelle 6. Über der als Schaltblech ausgeführten oberen Schaltstange 20a sind Niederhalter 22 in Form von Niederhalterplatten angeordnet, die mittels Befestigungsschrauben 59 am Zylinderkopf 2 befestigt sind und an den oberen Nockenwellenhalblagerdeckeln 18 verdrehgesichert anliegen.
Die als Schaltblech ausgeführte obere Schaltstange 20a dient zur Betätigung von schaltbaren Schlepphebeln 14 der Auslassventile 12 der letzten drei Zylinder des Verbrennungskolbenmotors mit sechs Zylindern, während unterhalb der als Schaltblech ausgeführten ersten Schaltstange 20a eine in den 2 und 3 erkennbare zweite, als Schaltblech ausgeführte Schaltstange 34a zur Betätigung der schaltbaren Schlepphebel 14 der ersten, dem Zwei-Pin-Linearaktuator 26 benachbarten Auslassventile 12 angeordnet ist.
Wie insbesondere 3 zeigt, sind auch an der oberen, als Schaltblech ausgeführten Schaltstange 20a als Blattfedern ausgebildete Verbindungselemente 28 für die letzten drei Zylinder befestigt. Obere, um 90° abgebogene Enden 30 der als Blattfedern ausgebildeten Verbindungselemente 28 sind Weise durch Öffnungen 34b der als Schaltblech ausgeführten oberen Schaltstange 20a hindurch geführt. Anschließend wurden die Blattfedern 28 und das obere Schaltblech 20a durch Clinchen kraftschlüssig miteinander verbunden, wodurch erhabene Clinchpunkte 32 entstanden sind.
Die in 3 gut erkennbaren, um 90° nach unten abgebogenen, als Blattfedern ausgebildeten Verbindungselemente 28 dienen zum Umschalten der schaltbaren Schlepphebel 14 des Ventiltriebs 4 durch Einwirkung auf einen in 4 sichtbaren Schaltbolzen 48, wie später noch beschrieben wird. In gleicher Weise sind, wie aus 3 ersichtlich, auch an der unteren, als Schaltblech ausgeführten Schaltstange 34a als Blattfedern ausgebildete Verbindungselemente 28 angeordnet und daran mittels Clinchen unter Ausbildung der erwähnten Clinchpunkte 32 befestigt. Durch die erhabenen Clinchpunkte 32 sind die beiden Schaltstangen 20a und 34a auf Abstand 57 zueinander gehalten sowie unabhängig voneinander verschiebbar geführt, so dass zwischen der oberen als Schaltblech ausgeführten Schaltstange 20a und der unteren als Schaltblech ausgeführten Schaltstange 34a kein solcher Ölfilm entstehen kann, der bei niedrigen Temperaturen durch die erhöhte Viskosität des Schmieröls zu Schaltschwierigkeiten durch einen Haftgeleiteffekt führt.
Die Auslassventile 12 jedes Zylinders sind über zugeordnete schaltbare Schlepphebel 14, deren Aufbau schematisch in dem in 4 dargestellten Ausführungsbeispiel ersichtlich ist, hinsichtlich ihres übertragbaren Hubverlaufs abschaltbar. Die Außenhebel 38 der Schlepphebel 14 sind an ihren Aufnahmen jeweils an einem im Zylinderkopf 2 gelagerten Abstützelement 50 mit integriertem, hydraulischem Ventilspielausgleichselement abgestützt. Der Ventiltrieb 4 für die Auslassventile 12 jedes Zylinders kann mittels der zugeordneten schaltbaren Schlepphebel 14 eine abschaltbare Hubübertragungsfunktion aufweisen. Hierzu weist die Auslassnockenwelle 6 für die Auslassventile 12 jeweils einen ersten Auslassnocken 8 und einen zweiten Auslassnocken 10 auf.
Die an den Schaltbolzen 48 der Schlepphebel 14 anliegenden, als Blattfedern ausgebildeten Verbindungselemente 28 stehen über ihre oberen, U-förmig gebogenen Ende 30 mit der als Schaltblech ausgeführten oberen Schaltstange 20a und somit mit dem Zwei-Pin-Linearaktuator 26 in Stellverbindung (2). Die beiden Schaltstangen 20a, 34a sind bevorzugt als Stanzbauteile aus einem Stahl- oder Leichtmetallblech hergestellt sowie oberhalb der Schlepphebel 14 parallel zu der Auslassnockenwelle 6 angeordnet. Die als Schaltblech ausgeführte obere Schaltstange 20a ist, wie 4 verdeutlicht, parallel zu den Schaltbolzen 48 der Schlepphebel 14 ausgerichtet und in einem Führungsschlitz 56 einer Nockenwellenhalblagerdeckelverlängerung 54 axial beweglich geführt. Die Führungsschlitze 56 sind vorliegend in den oberen Nockenwellenhalblagerdeckelverlängerungen 54 der Auslassnockenwelle 6 ausgebildet.
Die als Schaltblech ausgeführte obere Schaltstange 20a ist mittels des Zwei-Pin-Linearaktuators 26 aus einer Ruhestellung in eine Schaltstellung längs verschiebbar. Der Zwei-Pin-Linearaktuator 26 ist bevorzugt als ein Elektromagnet mit zwei in Spulenkörpern axial beweglich geführten Ankern ausgebildet, wobei die Anker mit Stö-ßeln in Stellverbindung sind. Einer dieser Stößel des Zwei-Pin- Linearaktuators 26 wirkt auf die als Schaltblech ausgeführte obere Schaltstange 20a, wie in 1 dargestellt, während der zweite Stößel des Zwei-Pin-Linearaktuators 26 mit der als Schaltblech ausgeführten unteren Schaltstange 34a in Wirkverbindung steht. Durch ein axiales Ausfahren des einen oder des anderen Stößels des Zwei-Pin-Linearaktuators 26, die jeweils an einem benachbarten Ende der als Schaltblech ausgeführten oberen und unteren Schaltstangen 20a, 34a befestigt sind, sind diese Schaltstangen 20a, 34a unabhängig voneinander von der Ruhestellung in die Schaltstellung linear verschiebbar.
In der Ruhestellung sind die als Schaltblech ausgeführten oberen und unteren Schaltstangen 20a, 34a eingefahren, so dass die als Blattfedern ausgebildeten Verbindungselemente 28 den jeweils zugeordneten Schaltbolzen 48 der Schlepphebel 14 freigeben. Hierdurch hebt ein in einer Federkappe 46 senkrecht zum Schaltbolzen 48 angeordneter, hier jedoch nicht sichtbarer Koppelbolzen eine Koppelung zwischen dem Außenhebel 38 und einem Innenhebel 40 auf. Dadurch kann der einseitig schwenkbar gelagerte Innenhebel 40 im Außenhebel 38 frei nach unten wegschwenken, wenn der Auslassnocken 8 über eine Nockenrolle 42 des Schlepphebels 14 auf den Innenhebel 40 einwirkt. Im Ergebnis wird ein zugeordnetes Auslassventil durch den Außenhebel 38 des Schlepphebels 14 nicht geöffnet.
Koaxial über der Längsachse des Schaltbolzens 48 ist am Außenhebel 38 ein Paar von Schenkelfedern 44, 45 angeordnet, die dazu dienen sind, den Innenhebel 40 in der eingeschwenkten Ruhestellung am Außenhebel 38 anliegend zu halten sowie nach einem Auslenken des Innenhebels 40 diesen mittels Federkraft zur Anlage an den Außenhebel 38 zurückzuführen.
Für das Einnehmen von Schaltstellungen lassen sich die beiden flachen Schaltstangen 20a, 34a wie erwähnt unabhängig voneinander mithilfe des Linearaktuators 26 ausfahren, so dass die jeweiligen als Blattfedern ausgebildeten Verbindungselemente 28 einen zugeordneten Schaltbolzen 48 in den schaltbaren Schlepphebel 14 hineindrücken, wodurch der dortige Koppelbolzen die Koppelung zwischen dem Außenhebel 38 und dem Innenhebel 40 herbeiführt. In dessen Folge kann der Innenhebel 40 die vom Auslassnocken 8 kommende Stellkraft auf den Außenhebel 38 übertragen, so dass beide Hebel 38, 40 gemeinsam ausgeschwenkt werden, und ein zugeordnetes Auslassventil wird geöffnet.
Die in 5 schematisch dargestellte Weiterbildung der Betätigungsmittel für die Schlepphebel 14 zeigte eine zylindrische Schaltstange 58, die mittels wenigstens einer durchmesservergrößernden Erhebung 58a in Form eines umlaufenden Bundes in einer zwischen dem Nockenwellenhalblagerbock 2a und dem Nockenwellenhalblagerdeckel 18 gebildeten Lagerbohrung 36a reibungsarm und ohne Haftgleiteffekt geführt ist. Hierbei ist es möglich, die Schaltstange 58 und/oder die wenigstens eine bundförmige Erhebung 58a und die Lagerbohrung 36a unrund, beispielsweise im Querschnitt quadratisch auszubilden, sofern eine Verdrehsicherung der Schaltstange 58 gefordert wird.
Die in 6 schematisch dargestellte weitere Ausführungsform ist eine Umkehrung der Führung der vorzugweise glatten, zylindrischen Schaltstange 60 in einer Öffnung 36b größeren Durchmessers zwischen den Nockenwellenhalblagerböcken 2a und den Nockenwellenhalblagerdeckeln 18. Die zylindrische Schaltstange 60 ist ohne radiale Vorsprünge ausgebildet, und ihre Führung in der Öffnung 36b ist durch halbringförmige, komplementäre Vorsprünge 2b, 2c; 18a, 18b an den Nockenwellenhalblagerböcken 2a und den Nockenwellenhalblagerdeckeln 18 gewährleistet. Auch in diesem Fall können die zylindrische Schaltstange 60 und die Durchlässe zwischen den Vorsprüngen 2b, 2c und 18a, 18b unrund ausgebildet sein, um eine Verdrehsicherung zu realisieren.
Die in 7 schematisch dargestellte Ausführungsform zeigt eine einzelne, in den Ausnehmungen 36 in den Nockenwellenhalblagerböcken 2a beidseitig geführte, als Schaltblech ausgebildete Schaltstange 20 mit linien- oder punktförmigen Erhebungen 32a sowie mit linien- oder punktförmigen Vertiefungen 32b in Form von quer, diagonal und/oder in Längsrichtung verlaufende eingeprägte Sicken und/oder in Querrichtung und Längsrichtung angeordnete, eingeprägte punktförmige Erhebungen, welche eine reibungsarme Führung ohne Haftgleiteffekt auf Grund des Linien- oder Punktkontakts der als Schaltblech ausgeführten Schaltstange 20 in den Ausnehmungen 36 gewährleisten.
Analog zu dem in den 1 bis 3 gezeigten Beispiel können gemäß 8 zwei baugleiche, als Schaltbleche ausgebildete obere und untere Schaltstangen 20b, 34 mit eingeprägten linien- oder punktförmigen Erhebungen 32a; 32c und linien- oder punktförmigen Vertiefungen 32b; 32d übereinandergelegt in den Führungen in Form von Ausnehmungen 36 in den Nockenwellenhalblagerböcken 2a angeordnet sein.
Durch diese Erhebungen 32a; 32c und Vertiefungen 32b; 32d sind die beiden blechförmigen Schaltstangen 20b, 34 untereinander und gegenüber den Nockenwellenhalblagerböcken 2a sowie den Nockenwellenhalblagerdeckeln 18 auf Abstand zueinander gehalten. Hierdurch ist eine reibungsarme Führung der beiden Schaltstangen 20b; 34 ohne Haftgleiteffekt gewährleistet.
Eine besonders reibungsarme Führung einer bundlosen zylindrischen Schaltstange 60 ist in 9 dargestellt. Es handelt sich dabei um eine Linearführung mittels in einem zylindrischen Käfig 64 geführten Wälzkörpern 62, die hier als Kugeln ausgebildet sind. Der Käfig 64 ist in einer zylindrischen Bohrung 36b angeordnet, welche jeweils radial hälftig an einem Nockenwellenhalblagerbock 2a und einem Nockenwellenhalblagerdeckel 18 ausgebildet ist. Der axiale Betätigungsweg der Schaltstange 60 ist ohne Rückführung der Wälzkörper 62 begrenzt, was im vorliegenden Fall aber ausreichend ist. Wenn eine Verdrehsicherung gefordert ist, kann die Schaltstange 60 beispielsweise im Querschnitt quadratisch und der Käfig 64 entsprechend als Flachkäfig ausgeführt sein. Die Wälzkörper können dann sowohl als Kugeln oder Rollen, insbesondere aus Nadeln eines Nadellagers bestehen.
Bezugszeichenliste

2: Zylinderkopf
2a: Nockenwellenhalblagerböcke
2b: Erster Führungsvorsprung am Nockenwellenhalblagerbock
2c: Zweiter Führungsvorsprung am Nockenwellenhalblagerbock
4: Variabler Ventiltrieb
6: Auslassnockenwelle
8: Erster Auslassnocken
10: Zweiter Auslassnocken
12: Auslassventil
14: Schaltbarer Schlepphebel
16: Trennebene des Zylinderkopfes
18: Nockenwellenhalblagerdeckel
18a: Erster Führungsvorsprung am Nockenwellenhalblagerdeckel
18b: Zweiter Führungsvorsprung am Nockenwellenhalblagerdeckel
20: Als Schaltblech ausgeführte Schaltstange mit Erhebungen und Vertiefungen
20a: Obere, als Schaltblech ausgeführte Schaltstange
20b: Obere, als Schaltblech ausgeführte Schaltstange mit Erhebungen und Vertiefungen
22: Niederhalter; Niederhalterplatte
24: Hochdruckpumpendom
26: Mehr-Pin-Linearaktuator
28: Als Blattfeder ausgebildetes Verbindungselement
30: Oberes abgebogenes Ende eines blattfederförmigen Verbindungselements
32: Erhabener Clinchpunkt
32a: Linien- oder punktförmige Erhebung an Schaltblech 20b
32b: Linien- oder punktförmige Vertiefungen an Schaltblech 20b
32c: Linien- oder punktförmige Erhebungen an Schaltblech 34
32d: Linien- oder punktförmige Vertiefungen an Schaltblech 34
34: Untere, als Schaltblech ausgeführte Schaltstange mit Erhebungen und Vertiefungen
34a: Untere, als Schaltblech ausgeführte Schaltstange mit Clinchpunkten
34b: Öffnung
36: Ausnehmungen, Führungen
36a: Lagerbohrungen, Führungen
36b: Öffnung zur Durchführung einer zylindrischen Schaltstange
38: Außenhebel
40: Innenhebel
42: Nockenrolle
44: Erste Schenkelfeder
45: Zweite Schenkelfeder
46: Federkappe
48: Schaltbolzen
50: Abstützelement
52: U-förmig gebogenes oberes Ende des Verbindungselements
54: Nockenwellenhalblagerdeckelverlängerung
56: Führungsschlitz
57: Abstand zwischen zwei Schaltstangen
58: Zylindrische Schaltstange mit durchmesservergrößernden Erhebungen
58a: Durchmesservergrößernde Erhebung; zylindrischer Bund
59: Befestigungsschraube
60: Zylindrische Schaltstange
62: Wälzkörper
64: Käfig

ZITATE ENTHALTEN IN DER BESCHREIBUNG
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Zitierte Patentliteratur

DE 102006057894 A1 [0002]
US 5544626 A [0003]
DE 102017101792 A1 [0005]
DE 102017119653 A [0009]

Claims

Variabler Ventiltrieb (4) eines Verbrennungskolbenmotors mit mindestens einem Gaswechselventil (12) gleicher Funktion pro Zylinder in einem Zylinderkopf (2) des Verbrennungskolbenmotors, dessen Ventilhub jeweils durch wenigstens einen Nocken (8, 10) einer Nockenwelle (6) vorgegeben und mittels eines schaltbaren Schlepphebels (14) selektiv auf mindestens ein zugeordnetes Gaswechselventil (12) übertragbar ist, wobei jeweils in einer Querbohrung axialbeweglich geführte Schaltbolzen (26) der Schlepphebel (14) über als Blattfedern ausgebildete Verbindungselemente (28) mit mindestens einer Schaltstange (20, 20a, 20b, 34, 34a, 58, 60) verbunden sind, welche oberhalb der schaltbaren Schlepphebel (14) parallel zu der Nockenwelle (6) angeordnet und mittels eines Linearaktuators (26) aus einer Ruhestellung in eine Schaltstellung längsverschiebbar ist, die Blattfedern (28) jeweils mit ihren oberen Enden (30) an der mindestens einen Schaltstange (20, 20a, 20b, 34, 34a, 58, 60) befestigt sind und mit ihren unteren Enden an einer äußeren Stirnwand des jeweiligen Schaltbolzens (26) anliegen, dadurch gekennzeichnet, dass die mindestens eine Schaltstange (20, 20a, 20b, 34, 34a, 58, 60) parallel zur Nockenwelle (16) in Führungen (2a, 18a, 36, 36a) im Zylinderkopf (2) gelagert ist, wobei die mindestens eine Schaltstange (20, 20a, 20b, 34, 34a, 58, 60) und/oder die Führungen (2a, 18a, 36, 36a) derart gestaltet sind, dass sich zwischen den Führungen (2a, 18a, 36, 36a) und der mindestens einen Schaltstange (20, 20a, 20b, 34, 34a, 58, 60) nur ein Linien- oder Punktkontakt ergibt, um einen reibungserhöhenden Haftgleiteffekt zwischen den Führungen (2a, 18a, 36, 36a) und der mindestens einen Schaltstange (20, 20a, 20b, 34, 34a, 58, 60) zu vermeiden.
Variabler Ventiltrieb nach Anspruch 1, dadurch gekennzeichnet, dass die Führungen in der Trennebene zwischen dem Zylinderkopf (2) und einem Ventildeckel angeordnet sind.
Variabler Ventiltrieb nach Anspruch 2, dadurch gekennzeichnet, dass die mindestens eine Schaltstange (20, 20a, 20b, 34, 34a) mit Bewegungsspiel in den Führungen in Form von Ausnehmungen (36) in der Trennebene (16) zwischen dem Zylinderkopf (2) und dem Ventildeckel geführt ist, wobei die Führungen in Form der Ausnehmungen (36) für die mindestens eine Schaltstange (20, 20a, 20b, 34, 34a) durch mindestens die Ausnehmungen (36) und die mindestens eine Schaltstange (20, 20a, 20b, 34, 34a) überdeckende Elemente (22, 24) verschlossen sind.
Variabler Ventiltrieb nach Anspruch 1 oder 2, dadurch gekennzeichnet, dass die Führungen (2b, 18a, 36, 36a) und/oder die mindestens eine Schaltstange (20, 20a, 20b, 34, 34a, 58) linien- oder punktförmige Erhebungen (32, 32a) aufweisen, die den Linien- oder Punktkontakt zwischen den Führungen (2b, 18a, 36, 36a) und der mindestens einen Schaltstange (20, 20a, 20b, 34, 34a) bewirken.
Variabler Ventiltrieb nach Anspruch 4, dadurch gekennzeichnet, dass die linien- oder punktförmigen Erhebungen (32, 32a, 32b) in mindestens einer als Schaltblech ausgeführten Schaltstange (20, 20a, 34, 34a) als quer, diagonal, und/oder in Längsrichtung verlaufende, eingeprägte Sicken (32b, 32d) und/oder in Querrichtung und Längsrichtung versetzt angeordnete, eingeprägte, punktförmige Erhebungen (32, 32a, 32c) ausgebildet sind.
Variabler Ventiltrieb nach Anspruch 1 oder 2, dadurch gekennzeichnet, dass zwischen den Nockenwellenhalblagerböcken (2a) und den Nockenwellenhalblagerdeckeln (18) einerseits sowie der mindestens einen Schaltstange (60) andererseits käfiggeführte Wälzkörper (62) angeordnet sind, die den Linien- oder Punktkontakt zwischen den Nockenwellenhalblagerböcken (2a) und den Nockenwellenhalblagerdeckeln (18) einerseits sowie der mindestens einen Schaltstange (60) andererseits bewirken.
Variabler Ventiltrieb nach einem der Ansprüche 2, dadurch gekennzeichnet, dass die die Führungen in Form von in den Nockenwellenhalblagerböcken (2a) angeordneten Ausnehmungen (36) und die mindestens eine Schaltstange (20, 20a, 20b, 34, 34a) überdeckenden Elemente aus einem am Zylinderkopf (2) befestigten Niederhalter in Form eines separaten Bauelements, wie Hochdruckpumpendom (24) und/oder separater Niederhalterplatten (22), und/oder in Form von die Führungen in Form von Ausnehmungen (36) überdeckenden Verlängerungen (54) an den Nockenwellenhalblagerdeckeln (18) ausgebildet sind.
Variabler Ventiltrieb nach einem der Ansprüche 1 bis 3, dadurch gekennzeichnet, dass mehrere als Schaltblech ausgeführte Schaltstangen (20, 20b, 34) übereinandergelegt in den Führungen in Form von Ausnehmungen (36) angeordnet sind, und dass diese Schaltstangen (20, 20b, 34) durch erhabene Clinchpunkte (32) zur Befestigung der als Blattfedern ausgebildeten Verbindungselemente (28) an den als Schaltblech ausgeführten Schaltstangen (20, 20b, 34, 34a) und/oder durch die linien- oder punktförmigen Erhebungen (32a, 32b) gegenüber den Führungen in Form von Ausnehmungen (36) und/oder untereinander auf Abstand zueinander gehalten werden.