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Die Erfindung betrifft ein Schiebenockenelement, einen Ventiltrieb, einen Verbrennungsmotor, die Verwendung eines Schiebenockenelements oder eines Ventilbetriebs und ein Verfahren zur Steuerung von Ventilen.
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Zur Steigerung der Effizienz von Verbrennungsmotoren und zur Verbrauchsreduzierung sind variable Ventiltriebe bekannt, mit denen der Ventilhub veränderbar ist. Derartige Ventiltriebe weisen Schiebenockensysteme auf, die axial verschieblich mit einer Nockenwelle verbunden sind und entsprechend der jeweiligen Hubkonturen den Ventilhub steuern. Beispiele für Schiebenockensysteme, die bei Verbrennungsmotoren mit doppelten, obenliegenden Nockenwellen (DOHC-Motoren) eingesetzt werden, sind aus
DE 10 2007 010 155 A1 und
DE 10 2014 109 243 B3 bekannt. Wegen der kompakten Bauweise der Nockenwellen für Verbrennungsmotoren mit einzelnen, obenliegenden Nockenwellen (SOHC-Motoren) sind die bekannten Schiebenockensysteme für derartige Verbrennungsmotoren nicht geeignet. Ein jeweils für den Ein-und Auslass vorgesehener Schiebenocken ist aus Bauraumgründen nicht oder nur schwer realisierbar.
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Der Erfindung liegt die Aufgabe zugrunde, ein Schiebenockenelement anzugeben, das zur Steuerung von Ventilen eines Verbrennungsmotors mit einer einzelnen, oben liegenden Nockenwelle (SOHC-Motor) geeignet ist. Der Erfindung liegt ferner die Aufgabe zugrunde, einen Ventiltrieb, einen Verbrennungsmotor, die Verwendung eines Schiebenockenelements und ein Verfahren zur Steuerung von Ventilen anzugeben.
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Erfindungsgemäß wird die Aufgabe durch ein Schiebenockenelement mit den Merkmalen des Anspruchs 1 gelöst. Mit Blick auf den Ventiltrieb, den Verbrennungsmotor, die Verwendung und das Verfahren wird die Aufgabe jeweils durch den Gegenstand des Anspruchs 5, des Anspruchs 8, des Anspruchs 9 und des Anspruchs 10 gelöst.
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Konkret wird die Aufgabe durch ein Schiebenockenelement für einen Verbrennungsmotor mit einzelner, oben angeordneter Nockenwelle (SOHC = Single Overhead Cam) zum Betätigen der Einlass-und Auslassventile eines Zylinders gelöst. Das Schiebenockenelement weist eine Schaltkulisse zum axialen Verschieben des Schiebenockenelements, wenigstens ein erstes Nockenprofil mit unterschiedlichen Hubkonturen zur Steuerung eines Einlassventils und wenigstens ein zweites Nockenprofil mit unterschiedlichen Hubkonturen zur Steuerung eines Auslassventils auf. Zwischen dem ersten Nockenprofil und dem zweiten Nockenprofil ist ein Hubversatz vorgesehen derart, dass ein gemeinsamer, insbesondere hinreichend langer, Grundkreis der beiden Nockenprofile zum axialen Verschieben des Schiebenockenelements gebildet ist.
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Die Erfindung hat den Vorteil, dass nicht nur für doppelte, obenliegende Nockenwellen, sondern auch für einzelne, obenliegende Nockenwellen Schiebenockensysteme eingesetzt werden können. Die Erfindung zeichnet sich durch eine einfache und kostengünstige Bauweise aus. Für die Ventilsteuerung ist ein einziger Aktuator ausreichend, der das Schiebenockenelement zur Steuerung des Einlassventils und des Auslassventils betätigt. Durch das erfindungsgemäße Schiebenockenelement werden bei einem Verbrennungsmotor mit einzelner, oben angeordneter Nockenwelle das Einlassventil und das Auslassventil eines gemeinsamen Zylinders zusammen, d.h. gleichzeitig geschaltet. Das Schiebenockenelement mit den beiden Nockenprofilen und der Schaltkulisse bildet ein einheitlich handhabbares, insbesondere einstückiges Bauteil, das eine gleichzeitige Steuerung des Einlassventils und des Auslassventils der einzelnen, oben angeordneten Nockenwelle ermöglicht. Mit anderen Worten wird durch den gemeinsamen Grundkreis der beiden Nockenprofile vorteilhaft ein gleichzeitiges, axiales Verschieben des Schiebenockenelements ermöglicht, wodurch das Einlass-und Auslassventil gleichzeitig steuerbar ist.
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Bevorzugte Ausführungsformen der Erfindung sind in den Unteransprüchen angegeben.
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Vorzugsweise beträgt der Hubversatz zwischen dem ersten Nockenprofil und dem zweiten Nockenprofil ca. 90°. Der Hubversatz zwischen dem ersten Nockenprofil und dem zweiten Nockenprofil kann auch zwischen 70° und 120° betragen. Hierbei wird vorteilhaft die Verwendung des Schiebenockenelements für verschiedene Motorkonzepte ermöglicht.
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So kann der gemeinsame Grundkreis, insbesondere das gemeinsame Grundkreissegment, der beiden Nockenprofile bis zu 120° betragen. Dadurch werden das Einlassventil und das Auslassventil sicher während der gemeinsamen Grundkreisphase der beiden Nockenprofile gemeinsam geschaltet.
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Bei einer bevorzugten Ausführungsform ist dem ersten und zweiten Nockenprofil jeweils wenigstens ein weiteres, baugleiches Nockenprofil zur Bildung einer ersten Nockenprofilgruppe für das Einlassventil und einer zweiten Nockenprofilgruppe für das Auslassventil zugeordnet. Mit einem derartigen Schiebenockenelement lassen sich die Verstellkräfte verringern, die für das axiale Verschieben des Schiebenockenelements aufgebracht werden müssen. Ferner wird durch ein solches Schiebenockenelement vorteilhaft eine Verringerung des axialen Bauraums ermöglicht.
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Mit Blick auf den Ventiltrieb wird die Aufgabe konkret durch einen Ventiltrieb für einen Verbrennungsmotor mit einzelner, oben angeordneter Nockenwelle (SOHC) zum Betätigen der Einlass-und Auslassventile eines Zylinders gelöst, der wenigstens ein erfindungsgemäßes Schiebenockenelement und mehrere, insbesondere zwei Nockenfolger aufweist. Durch die Nockenfolger ist eine Steuerbewegung der Nockenprofilen abgreifbar und auf das jeweilige Ventil, d. h. das Einlassventil bzw. das Auslassventil übertragbar.
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Nach einer bevorzugten Ausführungsform wirkt ein Mehrfachpinaktuator, insbesondere ein Doppelpinaktuator, zum axialen Verschieben des Schiebenockenelements mit der Schaltkulisse zusammen. Damit ist pro Zylinder nur ein einzelner Aktuator erforderlich, um das Schiebenockenelement in beiden axialen Richtungen entlang der Nockenwelle zur Steuerung des Einlassventils und des Auslassventils zu verschieben.
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Es ist auch denkbar, dass zwei Ein-Pin-Aktuatoren zum axialen Verschieben des Schiebenockenelements mit der Schaltkulisse zusammenwirken. Bei dieser Variante kommen somit zwei Ein-Pin-Aktuator pro Zylinder zum Einsatz. Dabei kann jeweils einer der beiden Ein-Pin-Aktuatoren an einem der beiden Nockenprofile axial außenliegend angeordnet sein. Mit anderen Worten kann ein erster Ein-Pin-Aktuator am ersten Nockenprofil axial außen, insbesondere linksseitig, angeordnet sein und ein zweiter Ein-Pin-Aktuator am zweiten Nockenprofil axial außen, insbesondere rechtseitig, angeordnet sein. Die Schaltkulisse kann zu diesem Zweck durch zwei Teilschaltkulissen gebildet sein, wobei, ebenso wie die Ein-Pin-Aktuatoren, jeweils eine der Teilschaltkulissen an einem der beiden Nockenprofile angeordnet ist. Zum axialen Verschieben wirkt hierbei vorzugsweise jeweils ein Ein-Pin-Aktuator mit einer Teilschaltkulisse zusammen.
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Vorzugsweise wirken die erste und zweite Nockenprofilgruppe des erfindungsgemäßen Schiebenockenelements zur gemeinsamen Steuerung des Einlassventils und des Auslassventils jeweils mit einem einzigen Nockenfolger zusammen. Dadurch werden die Verstellkräfte beim Verschieben des Schiebenockenelements verringert.
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Im Rahmen der Erfindung wird ferner die Verwendung eines erfindungsgemäßen Schiebenockenelements oder eines erfindungsgemäßen Ventiltriebs für einen Verbrennungsmotor mit einzelner, oben angeordneter Nockenwelle (SOHC) sowie ein Verfahren zum Steuern von Ventilen eines derartigen Verbrennungsmotors offenbart und beansprucht.
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Die Erfindung wird nachfolgend anhand von Ausführungsbeispielen unter Bezug auf die beigefügten schematischen Zeichnungen mit weiteren Einzelheiten näher erläutert.
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In diesen zeigen
- 1 eine perspektivische Ansicht eines Schiebenockenelements für einen Verbrennungsmotor mit einzelner, oben angeordneter Nockenwelle (SOHC-Motor) nach einem erfindungsgemäßen Ausführungsbeispiel;
- 2 das Schiebenockenelement nach 1 mit zwei Nockenfolgern;
- 3 eine perspektivische Ansicht eines Schiebenockenelements für einen Verbrennungsmotor mit einzelner, oben angeordneter Nockenwelle (SOHC-Motor) nach einem weiteren erfindungsgemäßen Ausführungsbeispiel mit Nockenprofilgruppen und
- 4 das Schiebenockenelement nach 3 mit zwei Nockenfolgern.
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Das in 1 gezeigte Schiebenockenelement ist für einen Ventiltrieb vorgesehen, der in einem SOHC-Motor, also zusammen mit einer einzelnen, oben liegenden Nockenwelle (nicht dargestellt) verwendet wird. Das Schiebenockenelement weist einen Nockenträger 17 in der Form einer Hülse auf. Der Nockenträger 17 ist im montierten Zustand drehfest und axial verschieblich, beispielsweise durch eine Verzahnung mit einer Nockenwelle (nicht dargestellt) verbunden. Zur Einleitung der Verstellkräfte weist das Schiebenockenelement eine Schaltkulisse 10 beispielsweise in der Form schräg zur Querachse des Schiebenockenelements verlaufender Nuten auf. Zum Verschieben des Schiebenockenelements greift ein Mitnehmerstift eines nicht dargestellten Aktuators in die Schaltkulisse 10 ein. Bei dem Aktuator handelt es sich um einen Doppelpinaktuator, durch den das Einlassventil und das Auslassventil eines gemeinsamen Zylinders des SOHC Motors betätigt werden.
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Zur Steuerung der beiden Ventile weist das Schiebenockenelements ein erstes Nockenprofil 11 und ein zweites Nockenprofil 12 auf. Die beiden Nockenprofile 11, 12 sind jeweils an den axialen Enden des Trägers 17 angeordnet. Die Schaltkulisse 10 ist zwischen den beiden Nockenprofilen 11, 12 angeordnet. Eine andere Anordnung der Schaltkulisse 10 und der beiden Nockenprofilen 11, 12 ist möglich.
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Das erste Nockenprofil 11 weist unterschiedliche Hubkonturen auf. Konkret umfasst das erste Nockenprofil 11 einen Hubnocken 20 und einen Nullnocken 21. Mit dem ersten Nockenprofil 11 lässt sich somit ein Ventil, beispielsweise das Einlassventil oder das Auslassventil deaktivieren. Andere Nockenprofile 11 sind möglich.
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Das zweite Nockenprofil 12 umfasst ebenfalls einen Hubnocken 20 und einen Nullnocken 21. Die beiden Nockenprofile 11, 12 sind baugleich ausgeführt und mit einem Hubversatz von ca. 90° angeordnet. Die beiden Nockenprofile 11, 12 können auch eine voneinander unterscheidende Bauform aufweisen. Ferner kann jeweils eines der beiden Nockenprofile 11, 12 Hubkonturen zur Steuerung der Einlassventile und/oder zur Steuerung der Auslassventile aufweisen, die sich voneinander unterscheiden. Mit anderen Worten können sich die Hubkonturen zur Steuerung der Einlassventile und die Hubkonturen zur Steuerung der Auslassventile voneinander unterscheiden.
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Der Hubversatz von ca. 90° bedeutet, dass die Hubnocken 20 des ersten Nockenprofil 11 und des zweiten Nockenprofil 12 um ca. 90° in Umfangsrichtung des Nockenträgers 17 versetzt angeordnet sind. Die Steuerzeiten des Einlassventils und des Auslassventils sind entsprechend phasenverschoben.
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Die beiden Nockenprofile 11, 12 weisen einen gemeinsamen Grundkreis 19 auf, der in dem Ausführungsbeispiel gemäß 1 ca. 120° beträgt. Je nach Form und exakter Orientierung der Hubnocken 20 kann der gemeinsame Grundkreis 19 einen anderen Winkel aufweisen. Im Betrieb wird das Schiebenockenelement in der gemeinsamen Grundkreisphase geschaltet.
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2 zeigt Komponenten eines Ventiltriebs für einen SOHC-Motor. Diese umfassen das Schiebenockenelement gemäß 1 sowie zwei Nockenfolger 15, 16, die als Kipphebel, insbesondere als Rollenkipphebel ausgeführt sind. Die Rollenkipphebel weisen jeweils eine Einzelrolle 18 auf, die auf dem jeweiligen Nockenprofil 11, 12 abrollt. Im Gebrauch weist der Ventiltrieb weitere Komponenten, wie beispielsweise die einzelne, oben angeordneten Nockenwelle sowie einen Mehrfachpinaktuator, insbesondere Doppelpinaktuator zur Betätigung des Schiebenockenelements auf.
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Die Nockenfolger 15, 16, konkret die Einzelrollen 18 der jeweiligen Rollenkipphebel sind oberhalb des Schiebenockenelements angeordnet und damit für den Einbau in einen SOHC-Motor, insbesondere in einem SOHC-Motor für Nutzfahrzeuge, geeignet.
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3 zeigt eine Variante des Schiebenockenelements gemäß 1. Zu den identischen Merkmalen wird auf die Erläuterungen zur dem Schiebenockenelement gemäß 1 verwiesen. Nachstehend werden die Unterschiede zwischen den beiden Varianten beschrieben. Bei dem Schiebenockenelement gemäß 3 ist dem ersten Nockenprofil 11 ein weiteres erstes Nockenprofil 11a zugeordnet. Die beiden ersten Nockenprofile 11, 11a sind baugleich und weisen jeweils einen Hubnocken 20 und einen Nullnocken 21 auf. Die ersten Nockenprofile 11, 11a grenzen dabei in Axialrichtung aneinander an. Das erste Nockenprofil 11 und das weitere erste Nockenprofil 11a bilden zusammen eine erste Nockenprofilgruppe 13.
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Die zweite Nockenprofilgruppe 14 ist entsprechend durch ein weiteres zweites Nockenprofil 12a, das dem zweiten Nockenprofil 12 zugeordnet ist, gebildet. Die zweiten Nockenprofile 12, 12a grenzen dabei in Axialrichtung aneinander an. Die beiden Nockenprofilgruppen 13, 14 sind baugleich und um 90° zueinander versetzt angeordnet, sodass ein entsprechender Hubversatz entsteht. Die Nockenprofilgruppen 13, 14 können auch eine voneinander unterscheidende Bauform sowie unterschiedliche Hubkonturen zur Steuerung der Einlass- und Auslassventile, wie in 1 vorstehend beschrieben, aufweisen.
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Ein Ventiltrieb mit einem Schiebenockenelement gemäß 3 und zugehörigen Nockenfolgern 15, 16 ist in 4 gezeigt. Demnach wirkt jeweils ein einzelner Nockenfolger 15, 16 mit der jeweiligen Nockenprofilgruppe 13, 14 zusammen. Die beiden Nockenfolger 15, 16 sind als Rollenkipphebel jeweils mit Doppelrollen 18 ausgebildet. Es ist auch denkbar, dass die Nockenfolger 15, 16 jeweils als Schlepphebel, insbesondere als Rollenschlepphebel, ausgebildet sind, wobei die beiden Rollen auf einer gemeinsamen Achse parallel zueinander gelagert sein können. Die Doppelrollen 18 am jeweiligen Nockenfolger 15, 16 weisen eine gemeinsame Rollenachse und einen gleichen Durchmesser zueinander auf.
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Ferner weisen die Doppelrollen 18 der Nockenfolger 15, 16 jeweils zwei Einzelrollen auf, zwischen denen ein Zwischenraum ausgebildet ist. Der Zwischenraum ist dabei derart ausgebildet, dass dieser wenigstens der Breite einer Hubkontur und/oder zweier Hubkonturen jeweils der Nockenprofilgruppe 13, 14 entspricht. Weist die Nockenprofilgruppe 13, 14 beispielsweise drei unterschiedliche Nockenprofilabschnitte auf, so muss der Zwischenraum zwischen den Einzelrollen zumindest so breit sein, dass zwei weitere vorübergehend nicht in Kontakt mit dem Nockenfolger 15, 16 stehende Hubkonturen zwischen den Einzelrollen einliegen können.
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Die beiden Doppelrollen 18 sind so angeordnet, dass diese jeweils mit dem beiden Hubnocken 20 oder den beiden Nullnocken 21 der jeweiligen Nockenprofilgruppe 13, 14 zusammenwirken. Dabei werden Hubinformationen der Nockenprofilgruppen 13, 14 auf die Einlass- und/oder Auslassventile übertragen.
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Die Betätigungskräfte, die durch die Hubkonturen der Nockenprofilgruppen 13, 14 dabei auftreten, werden auf die zueinander gleich ausgebildeten Hubkonturen in Kontakt mit den beiden Einzelrollen der jeweiligen Doppelrolle 18 zu gleichen Teilen aufgeteilt. Dadurch entsteht eine Linienlast in der Kontaktlinie zwischen den Einzelrollen und den Hubkonturen der Nockenprofilbaugruppen 13, 14. Die übertragenen Betätigungskräfte werden durch den doppelten Linienkontakt der Doppelrollen 18 auf den jeweiligen Nockenfolger 15 ,16 im Wesentlichen halbiert.
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Im Betrieb funktioniert das Schiebenockenelements gemäß 1 bzw. der Ventiltrieb gemäß 2 wie folgt. Das Schiebenockenelement gemäß 3 bzw. der Ventiltrieb gemäß 4 arbeiten entsprechend zusammen.
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Zum gemeinsamen Schalten der Hubkonturen des ersten Nockenprofils 11 und des zweiten Nockenprofils ist 12 wird während der Grundkreisphase, also wenn die Doppelrollen 18 auf dem gemeinsamen Grundkreis 19 abrollen, das Schiebenockenelement verschoben. Der gemeinsame Grundkreis 19 ist hierbei frei von Absätzen und Durchmessersprüngen, sodass ein rückfreier Positionswechsel beim Verschieben des Schiebenockenelements erfolgen kann. Dazu greift ein Mitnehmerstift des gemeinsamen Doppelpinaktuators in die Schaltkulisse 17 ein. Die dadurch erzeugten Verstellkräfte verschieben das Schiebenockenelement in axialer Richtung während der Grundkreisphase. Damit werden das Einlassventil und das Auslassventil bzw. die Einlassventile und die Auslassventile des Zylinders gleichzeitig gesteuert.
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Bezugszeichenliste
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- 10
- Schaltkulisse
- 11
- erstes Nockenprofil
- 11a
- weiteres erstes Nockenprofil
- 12
- zweites Nockenprofil
- 12a
- weiteres zweites Nockenprofil
- 13
- erste Nockenprofilgruppe
- 14
- zweite Nockenprofilgruppe
- 15
- erster Nockenfolger (Kipphebel)
- 16
- zweiter Nockenfolger (Kipphebel)
- 17
- Nockenträger
- 18
- Rollen
- 19
- gemeinsamer Grundkreis
- 20
- Hubnocken
- 21
- Nullnocken
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ZITATE ENTHALTEN IN DER BESCHREIBUNG
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Zitierte Patentliteratur
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- DE 102007010155 A1 [0002]
- DE 102014109243 B3 [0002]
