DE102018132857A1

DE102018132857A1 - Schaltbare Betätigungsvorrichtung für ein Hubventil einer Brennkraftmaschine, Brennkraftmaschine und Kraftfahrzeug

Info

Publication number: DE102018132857A1
Application number: DE102018132857.5A
Authority: DE
Inventors: Johannes HOLLWECK; Thorsten Bachmann
Original assignee: MAN Truck and Bus SE
Current assignee: MAN Truck and Bus SE
Priority date: 2018-12-19
Filing date: 2018-12-19
Publication date: 2020-06-25
Also published as: EP3899215A1; CN113015846A; WO2020126775A1; CN113015846B; US20220074321A1; BR112021006313A2; EP3899215B1; US11371396B2

Abstract

Die vorliegende Erfindung betrifft eine schaltbare Betätigungsvorrichtung (100) für ein Hubventil einer Brennkraftmaschine (20). Insbesondere betrifft die Erfindung eine schaltbare Betätigungsvorrichtung (100) für ein Ladungswechselventil einer Brennkraftmaschine (20), das zwischen einer Schließ- und Offenstellung mittelbar durch einen Nocken (11) einer Nockenwelle (12) periodisch bewegbar ist. Die schaltbare Betätigungsvorrichtung (100) umfasst dabei einen zweiteiligen Kipphebel (10) zur Betätigung des Hubventils. Dieser weist ein schwenkbar um eine Kipphebelachse (2) gelagertes erstes Kipphebelteil (1a), an dem eine, vorzugsweise hohlzylinderförmige, Lagerhülse (1a1) konzentrisch zur Kipphebelachse (2) befestigt ist, sowie ein schwenkbar auf der Lagerhülse (1a1) gelagertes zweites Kipphebelteil (1b) auf. Ferner umfassen sowohl das erste wie auch das zweite Kipphebelteil (1a, 1b) jeweils eine Ausnehmung (3a, 3b), wobei ein Arretierelement (4a) einer Kopplungseinrichtung (4) der schaltbaren Betätigungsvorrichtung (100) wahlweise in und außer Eingriff mit den beiden Ausnehmungen (3a, 3b) bringbar ist. Dabei ist eine Betätigung des Hubventils, vorzugsweise ein Wechsel zwischen einer Schließ- und Offenstellung des Hubventils, unterbrochen, falls das Arretierelement (4a) nicht in Eingriff mit den beiden Ausnehmungen (3a, 3b) steht. Weiterhin betrifft die Erfindung auch noch eine Brennkraftmaschine (20) sowie ein Kraftfahrzeug (30).

Description

Die vorliegende Erfindung betrifft eine schaltbare Betätigungsvorrichtung für ein Hubventil einer Brennkraftmaschine. Insbesondere betrifft die Erfindung eine schaltbare Betätigungsvorrichtung für ein Ladungswechselventil einer Brennkraftmaschine, das zwischen einer Schließ- und Offenstellung mittelbar durch einen Nocken einer Nockenwelle periodisch bewegbar ist. Ferner betrifft die Erfindung auch eine Brennkraftmaschine sowie ein Kraftfahrzeug mit einer solchen Betätigungsvorrichtung.
Bei Brennkraftmaschinen kann in Situationen, in denen nicht das volle Antriebsmoment der Brennkraftmaschine benötigt wird, durch Deaktivierung der Einspritzung einzelner Zylinder der Kraftstoffverbrauch der Brennkraftmaschine gesenkt werden. Wird hierbei zusätzlich auch der Gaswechsel in den entsprechenden Zylindern deaktiviert, kann der Kraftstoffverbrauch noch weiter gesenkt werden, da dann keine Gaswechselarbeit verrichtet werden muss. Gleichzeitig wird durch das Deaktivieren des Gaswechsels auch ein Auskühlen des Abgasnachbehandlungssystems, insbesondere im Schwachlastbetrieb, verringert.
Um nun ein derartiges gezieltes Deaktivieren des Gaswechsels einzelner Zylinder zu ermöglichen, sind im Stand der Technik verschiedene Systeme mit Kipphebel- oder Schlepphebelkombinationen bekannt. Nachteilig an den bekannten Systemen ist jedoch oftmals, dass große Belastungen an den Lagern bzw. den einzelnen Bauteilen auftreten und/oder dass für ein Deaktivieren bzw. Aktivieren viele oder große Bauteile bewegt werden müssen.
Es ist daher Aufgabe der Erfindung, eine im Vergleich zum Stand der Technik verbesserte Lösung zum gezielten Deaktivieren des Gaswechsels einzelner Zylinder einer Brennkraftmaschine bereitzustellen. Insbesondere liegt der Erfindung die Aufgabe zugrunde, eine (ab)schaltbare Betätigungsvorrichtung für ein Hubventil einer Brennkraftmaschine bereitzustellen, die mit wenigen belasteten, d. h. insbesondere nicht durch Momente belasteten, Bauteilen realisiert werden kann.
Diese Aufgaben werden erfindungsgemäß durch eine schaltbare Betätigungsvorrichtung, eine Brennkraftmaschine sowie ein Kraftfahrzeug mit den Merkmalen der unabhängigen Ansprüche gelöst. Vorteilhafte Ausführungsformen und Anwendungen der Erfindung sind Gegenstand der abhängigen Ansprüche und werden in der folgenden Beschreibung unter teilweiser Bezugnahme auf die Figuren näher erläutert.
Die erfindungsgemäße schaltbare Betätigungsvorrichtung für ein Hubventil einer Brennkraftmaschine umfasst einen zweiteiligen Kipphebel zur Betätigung des Hubventils. Dieser weist ein schwenkbar um eine Kipphebelachse gelagertes erstes Kipphebelteil auf, an dem eine, vorzugsweise hohlzylinderförmige, Lagerhülse konzentrisch zur Kipphebelachse befestigt ist. Ferner umfasst der zweiteilige Kipphebel ein schwenkbar auf der Lagerhülse gelagertes zweites Kipphebelteil. Mit anderen Worten kann die mit dem ersten Kipphebelteil befestigte Lagerhülse somit als Gleitlager für das zweite Kipphebelteil dienen. Weiterhin umfassen sowohl das erste wie auch das zweite Kipphebelteil jeweils eine Ausnehmung, vorzugsweise in Form einer sich parallel zur Kipphebelachse erstreckenden Nut. Zur besseren Unterscheidbarkeit der beiden Ausnehmungen soll dabei im Folgenden die Ausnehmung des ersten Kipphebelteils als „erste“ Ausnehmung und die Ausnehmung des zweiten Kipphebelteils als „zweite“ Ausnehmung bezeichnet werden.
Zusätzlich zum zweiteiligen Kipphebel weist die schaltbare Betätigungsvorrichtung ferner eine Kopplungseinrichtung zum lösbaren drehfesten Verbinden des ersten und zweiten Kipphebelteils auf. Hierzu umfasst die Kopplungseinrichtung ein Arretierelement - z. B. in Form eines Einlegekeils - das wahlweise in und außer Eingriff mit der ersten und zweiten Ausnehmung bringbar ist. Vorzugsweise handelt es bei dem Eingriff zwischen dem Arretierelement und der ersten bzw. zweiten Ausnehmung um einen Nut-Feder-Eingriff und/oder um einen form- und/oder kraftschlüssigen Eingriff. Dabei ist eine Betätigung des Hubventils, vorzugsweise ein Wechsel zwischen einer Schließ- und Offenstellung des Hubventils, unterbrochen, falls das Arretierelement nicht in Eingriff mit der ersten oder zweiten Ausnehmung steht. Mit anderen Worten kann der zweiteiligen Kipphebel einerseits in einem gekoppelten Zustand, in dem die beiden Kipphebelteile drehfest verbunden sind und wie ein einzelner zweiseitiger Gesamt-Kipphebel wirken, vorliegen, um einen Gaswechsel am Hubventil zu ermöglichen. Andererseits kann der zweiteiligen Kipphebel in einem entkoppelten Zustand, in dem die beiden Kipphebelteile unabhängig gegeneinander verschwenkt werden können und wie zwei getrennte einseitige Hebel wirken, vorliegen, um einen Gaswechsel am Hubventil zu unterbrechen. Der Wechsel vom gekoppelten in den ungekoppelten Zustand und umgekehrt erfolgt durch die Bewegung des Arretierelements.
Insgesamt wird dadurch eine (ab)schaltbare Betätigungsvorrichtung für ein Hubventil bereitgestellt, bei dem durch die Art der Kopplung sowie der erfindungsgemäßen Lagerung der beiden Kipphebelteile eine wenig belastete und damit verschleißarme Kipphebelführung erreicht wird, bei der das Auftreten von Momenten am Lager und den Bauteilen größtenteils möglichst vermieden werden kann.
Vorzugsweise handelt es sich bei dem Hubventil der Brennkraftmaschine um ein Ladungswechselventil, das zwischen einer Schließ- und Offenstellung mittelbar durch einen Nocken einer Nockenwelle periodisch bewegbar ist. Beispielsweise kann hierbei das erste Kipphebelteil über eine drehbar am ersten Kipphebelteil gelagerte Rolle in Wirkverbindung mit einem Nocken der Nockenwelle stehen und das zweite Kipphebelteil mit dem Hubventil bzw. Ladungswechselventil bewegungstechnisch gekoppelt sein. Diese Zuordnung des ersten bzw. zweiten Kipphebelteils zu einem Nocken bzw. einem Ventil kann jedoch auch umgekehrt erfolgen. Mit anderen Worten kann es sich bei dem schwenkbar um die Kipphebelachse gelagerten ersten Kipphebelteil sowohl um einen Nocken- als auch um einen Ventilhebel handeln, wobei dann jeweils das schwenkbar auf der Lagerhülse gelagerte zweite Kipphebelteil entsprechend als die andere Hebelform (Ventil- bzw. Nockenhebel) ausbildet sein soll.
Nach einem ersten Aspekt der Erfindung kann die Lagerhülse integral an dem ersten Kipphebelteil angeformt sein. Mit anderen Worten sind die Lagerhülse und das erste Kipphebelteil einstückig ausgebildet. Hierdurch kann auf vorteilhafte Weise die Herstellung und Montage erleichtert werden. Zudem oder alternativ kann die Lagerhülse die Kipphebelachse auch konzentrisch umgeben. Bzw. anders ausgedrückt kann die Lagerhülse die Kipphebelachse umfangsseitig komplett umschließen. Besonders bevorzugt ist die Lagerhülse dabei als Hohlzylinder ausgebildet, dessen Innenradius im Wesentlichen dem Außenradius der Kipphebelachse entspricht. Auf vorteilhafte Weise kann dadurch eine große Anlagefläche zwischen Lagerhülse und Kipphebelachse erreicht werden, was die Stabilität der Lagerung erhöht. Um hierbei ferner die Reibung zwischen dem schwenkbar um die Kipphebelachse gelagerten ersten Kipphebelteil und der Kipphebelachse zu reduzieren, können der erste Kipphebelteil und die Lagerhülse auch auf einer gemeinsamen Gleitlagerbuchse um die Kipphebelachse angeordnet sein. Zudem oder alternativ kann die Lagerhülse auch eine, vorzugsweise umfangseitige, d. h. senkrecht zur Kipphebelachse verlaufende, Nut umfassen. In diese kann dann ein Sicherungsring zur axialen Lagesicherung des zweiten Kipphebelteils eingesetzt sein. Auf vorteilhafte Weise wird dadurch eine axiale Bewegung des zweiten Kipphebelteils unterbunden und dadurch eine stabilere Kipphebelführung erreicht. Vorzugsweise ist dabei zwischen dem Sicherungsring und dem zweiten Kipphebelteil zusätzlich noch eine die Lagerhülse umgebende Anlaufscheibe zur Reibungsreduzierung angeordnet.
Gemäß einem weiteren Aspekt der Erfindung kann das Arretierelement durch ein Bewegen senkrecht zur Kipphebelachse, vorzugsweise durch ein im Wesentlichen radiales Bewegen, wahlweise in eine Freigabestellung S_e oder in eine Arretierstellung S_a bringbar sein. Hierzu kann die Kopplungseinrichtung ausgebildet sein, zum lösbaren drehfesten Verbinden des ersten und zweiten Kipphebelteils das Arretierelement senkrecht zur Kipphebelachse zu bewegen, um das Arretierelement wahlweise in eine Freigabestellung S_e oder in eine Arretier-stellung S_a zu bringen. Dabei soll in der Freigabestellung S_e das Arretierelement nicht mit der ersten und zweiten Ausnehmung in Eingriff stehen. Während das Arretierelement in der Arretierstellung S_a mit der ersten und zweiten Ausnehmung in Eingriff stehen soll. Der Ausdruck „in Eingriff stehen“ kann dabei allgemein ein Ineinandergreifen der Bauteile und/oder ein Einliegen des Arretierelements in der ersten und zweiten Ausnehmung bezeichnen. Vorzugsweise bildet sich, falls das Arretierelement mit der ersten und zweiten Ausnehmung „in Eingriff steht“ eine kraft- und/oder formschlüssige Verbindung zwischen dem Arretierelement und der ersten Ausnehmung sowie dem Arretierelement und der zweiten Ausnehmung aus. Besonders bevorzugt ist dabei das Arretierelement mit der ersten und zweiten Ausnehmung in radialer und axialer Richtung kraftschlüssig und in Umfangsrichtung formschlüssig verbunden. Hierbei sowie im gesamten Dokument sollen derartige Richtungsangaben (radial, axial, umfangsseitig) dabei in Bezug zur Kipphebelachse verstanden werden. So kann z. B. der Ausdruck „in Umfangsrichtung“ als Kurzform für „in Umfangsrichtung zur Kipphebelachse“ bzw. „in Umfangsrichtung in Bezug zur Kipphebelachse“ ausgelegt werden. Dadurch, dass eine Arretierung bzw. ein Lösen der Arretierung durch ein Bewegen des Arretierelements senkrecht zur Kipphebelachse erfolgt, können auf vorteilhafte Weise, Belastungen für die Lager und Bauteile vermieden werden, da hierbei zwar Kräfte, jedoch keine Momente an den Lagern und Bauteilen auftreten.
Nach einem weiteren Aspekt der Erfindung kann die erste und zweite Ausnehmung jeweils als sich parallel zur Kipphebelachse erstreckende Nut mit einem sich zur Kipphebelachse verjüngenden Nutquerschnitt, z. B. in Form einer Trapeznut, ausgebildet sein. Der Ausdruck „Nutquerschnitt“ soll hierbei einen Schnitt durch die erste bzw. zweite Ausnehmung senkrecht zur Kipphebelachse bezeichnen. Mit anderen Worten kann eine bezogen auf die Kipphebelachse radial außen liegende umfangseitige Ausdehnung der Nut größer als eine radial weiter innen liegende umfangseitige Ausdehnung der Nut sein. Weiterhin kann das Arretierelement keilförmig und/oder keilstumpfförmig und/oder zumindest abschnittsweise formkomplementär zur ersten und/oder zweiten Ausnehmung ausgebildet sein. Vorzugsweise verlaufen dabei die Anlageflächen zwischen dem Arretierelement und der ersten und zweiten Ausnehmung parallel zur Kipphebelachse. Auf vorteilhafte Weise kann durch in Umfangsrichtung eine formschlüssige Verbindung zwischen dem Arretierelement und der ersten und/oder zweiten Ausnehmung erreicht werden, wodurch eine stabile Arretierung der beiden Kipphebelteile ermöglicht wird. Darüber hinaus kann dadurch auch das Einführen bzw. Einlegen des Arretierelements in die erste und zweite Ausnehmung erleichtert werden.
Um in diesem Zusammenhang die Arretierung noch weiter zu verbessern, kann gemäß einer Weiterbildung dieses Aspekts jeder der Nutquerschnitte ferner ausgebildet sein, beim Eingriff des Arretierelements in die erste und zweite Ausnehmung das Arretierelement in Umfangsrichtung selbsthemmend zu verspannen. Mit anderen Worten kann der Sitz des Arretierelements in der ersten und zweiten Ausnehmung ausgelegt sein, ein ungewolltes selbstständiges Lösen der Verbindung zwischen Arretierelement und der ersten und zweiten Ausnehmung gegenüber Bewegungen in Umfangsrichtung zu verhindern. Die konkrete Ausgestaltung des Nutquerschnitts, bei welchem eine derartige selbsthemmende Verspannung des Arretierelements auftritt, kann der Fachmann dabei durch einfache Testreihen mit verschiedenen Nutquerschnitten ermitteln. Auf vorteilhafte Weise kann durch die Selbsthemmung insgesamt die Betriebssicherheit der Betätigungsvorrichtung erhöht werden.
Nach einem weiteren Aspekt der Erfindung kann jeder der Nutquerschnitte zur Kipphebelachse, d. h. in Richtung der Kipphebelachse, von einem Nutgrund und seitlich von zwei Nutflanken begrenzt werden. Hierbei kann ein Neigungswinkel α der Nutflanken kleiner als der Selbsthemmungswinkel α_h der Werkstoffpaarung erster-Kipphebelteil-Arretierelement und/oder kleiner als der Selbsthemmungswinkel α_h der Werkstoffpaarung zweiter-Kipphebelteil-Arretierelement sein. Der Neigungswinkel α soll dabei die Winkelabweichung der Nutflanken von einem idealen rechteckigen Querschnitt bezeichnen (vgl. auch 5). Weiterhin können beide Nutflanken dabei auch denselben oder unterschiedliche Neigungswinkel α aufweisen. Ferner kann die materialpaarungsabhängige Bestimmung des Selbsthemmungswinkels α_h über den Arcustangens der Haftreibungszahl µ zwischen den beiden Bauteilen (α_h < 2·arctan(µ)) oder aber experimentell erfolgen. Im hier bevorzugten Fall einer Werkstoffpaarung aus geölten Eisenoberflächen sollte der Neigungswinkel der Nutflanken somit kleiner als 11,4° sein. Auf vorteilhafte Weise kann dadurch einfach zu realisierende Fixierung des Arretierelements in Umfangsrichtung erreicht werden.
Gemäß einem weiteren Aspekt der Erfindung kann das Arretierelement die größte Ausdehnung entlang der Kipphebelachse aufweisen. Mit anderen Worten kann das Arretierelement somit in axialer Richtung eine größere Länge als in radialer Richtung bzw. Umfangsrichtung besitzen. Für eine möglichst große Kontaktfläche zwischen Arretierelement und der ersten und zweiten Ausnehmung kann das Arretierelement - besonders bevorzugt - in axialer Richtung dieselbe Länge wie die erste und zweite Ausnehmung aufweisen. Zudem oder alternativ kann sich das Arretierelement auch, vorzugsweise im Wesentlichen, parallel zur Kipphebelachse erstrecken. Beispielsweise kann das Arretierelement hierzu stab- und/oder balkenförmig ausgebildet sein. Auf vorteilhafte Weise wird durch diese Merkmale ein stabiles drehfestes Verbinden der beiden Kipphebelteile ermöglicht. Zudem oder alternativ kann das Arretierelement auch nur senkrecht zur Kipphebelachse bewegbar sein. D. h. mit anderen Worten kann das Arretierelement, um es wahlweise in und außer Eingriff mit der ersten und zweiten Ausnehmung zu bringen, ausschließlich in radialer Richtung bewegbar sein. Dadurch wird auf vorteilhafte Weise ein zuverlässiges und einfaches Koppeln bzw. Entkoppeln der beiden Kipphebelteile ermöglicht.
Nach einem weiteren Aspekt der Erfindung kann die Kopplungseinrichtung ferner auch einen Lagerbock zur axialen Fixierung des Arretierelements umfassen. Dabei kann der Lagerbock zwei in axialer Richtung beabstandete Lagerwangen aufweisen, an denen das Arretierelement mittels zwei am Arretierelement befestigter Zapfen schwenkbar gelagert sein kann. Vorzugsweise umfassen die Lagerwangen hierzu Buchsen, besonders bevorzugt Buchsen mit Langlöchern, zur Aufnahme der Zapfen. Auf vorteilhafte Weise kann durch eine zuverlässige Lagerung des Arretierelements erreicht werden.
Um dabei das Einführen des Arretierelements in die erste und zweite Ausnehmung zu erleichtern, können gemäß einem weiteren Aspekt der Erfindung die Zapfen des Arretierelements jeweils in einem sich in Umfangsrichtung erstreckenden Langloch der Lagerwangen des Lagerbocks geführt sein. Mit anderen Worten können die Lagerwangen jeweils Buchsen mit sich in Umfangsrichtung erstreckenden Langlöchern umfassen, in welchen die Zapfen des Arretierelements beweglich gelagert sind. Damit wird neben einer Schwenkbewegung des Arretierelements um die Zapfen zusätzlich auch eine Bewegung des Arretierelements in Umfangsrichtung ermöglicht, wodurch ein Verklemmen der beiden Kipphebelteile bei der Arretierung vermieden werden kann.
Nach einem weiteren Aspekt der Erfindung kann der Lagerbock ferner auch eine in axialer Richtung drehbar gelagerte Führungsrolle umfassen, die sich zur radialen Fixierung des Arretierelements in radialer Richtung auf dem Arretierelement abstützen kann. Vorzugsweise kann die drehbar gelagerte Führungsrolle dabei an einer Außenfläche des Arretierelements abrollen. Hierdurch kann auf vorteilhafte Weise zu jedem Zeitpunkt bzw. zu jedem Schwenkzustand im arretierten Zustand eine optimale radiale Kraftübertragung zur Sicherung des Arretierelements erreicht werden.
Um den Lagerbock selbst zu Haltern kann die Kopplungseinrichtung gemäß einem weiteren Aspekt der Erfindung auch mindestens einen an der Kipphebelachse angeordneten Gleitstift umfassen, an dem der Lagerbock radial zur Kipphebelachse verschiebbar gelagert ist. Zudem oder alternativ kann die Kopplungseinrichtung auch mindestens eine an der Kipphebelachse angeordnete Gleitschiene umfassen, an der der Lagerbock radial zur Kipphebelachse verschiebbar gelagert ist. Beide Varianten ermöglichen auf vorteilhafte Weise eine einfach zu realisierende radiale Führung des Lagerbocks, um damit einen zuverlässigen Wechsel zwischen der Freigabestellung S_e und Arretierstellung S_a zu erreichen. Anstelle der Anordnung bzw. Befestigung der ein oder mehreren Gleitstifte und/oder Gleitschienen an der Kipphebelachse, können diese auch an anderen Stellen befestigt sein. So kann die Kopplungseinrichtung zudem oder alternativ auch mindestens einen an einem Zylinderkopf oder an einem Vorsprung und/oder einer Konsole des Zylinderkopfs angeordneten Gleitstift und/oder umfassen, an dem der Lagerbock radial zur Kipphebelachse verschiebbar gelagert ist. Zudem oder alternativ kann der Gleitstift dabei auch als Gleitschiene ausgeführt sein.
Um eine ausreichende radiale Sicherung des Arretierelements sicherzustellen, kann nach einem weiteren Aspekt der Erfindung die Kopplungseinrichtung ferner eine Spanneinrichtung umfassen, mittels der der Lagerbock in radialer Richtung gegen die erste und zweite Ausnehmung verspannbar ist. Beispielsweise kann die Spanneinrichtung hierzu ein oder mehrere Federelemente (z. B. Schraubenfedern) umfassen. Hierbei kann die Spanneinrichtung ferner ausgebildet sein, den Lagerbock und damit das Arretierelement stärker gegen die Kipphebelachse und damit gegen die erste und zweite Ausnehmung zu verspannen, falls das Arretierelement nicht in der bzw. die erste und zweite Ausnehmung einliegt bzw. eingreift, als wenn das Arretierelement in der bzw. die erste und zweite Ausnehmung einliegt bzw. eingreift. Mit anderen Worten kann die Spanneinrichtung ausgebildet sein, die Spannkraft auf den Lagerbock und/oder das Arretierelement in Abhängigkeit von deren/dessen radialen Abstand von der Kipphebelachse anzupassen. Auf vorteilhafte Weise wird dadurch eine sichere radiale Fixierung des Arretierelements ermöglicht.
Um zudem einen schnellen und einfachen Wechsel zwischen dem arretierten und freigegebenen Zustand des zweiteiligen Kipphebels zu ermöglichen, kann die Betätigungsvorrichtung gemäß einem weiteren Aspekt der Erfindung eine Schalteinrichtung umfassen, mittels derer das Arretierelement betätigbar ist, um es wahlweise in und außer Eingriff mit der ersten und zweiten Ausnehmung zu bringen. Mit anderen Worten kann die Schalteinrichtung ausgebildet sein, das Arretierelement zum drehfesten Verbinden des ersten und zweiten Kipphebelteils in Eingriff mit der ersten und zweiten Ausnehmung zu bringen und zum Lösen der drehfesten Verbindung des ersten und zweiten Kipphebelteils das Arretierelement außer Eingriff mit der ersten und zweiten Ausnehmung zu bringen. Diese Schaltvorrichtung kann dabei eine elektro-magnetische und/oder eine pneumatische und/oder eine hydraulische Schaltvorrichtung sein. Beispielsweise kann die Schalteinrichtung ein am Lagerbock befestigtes Dauermagnetmaterial sowie einen benachbart angeordneten Elektromagneten umfassen, wobei das Dauermagnetmaterial zum Schalten des Arretierelements mit dem Elektromagneten magnetisch zusammenwirkt. Zudem oder alternativ kann die Schalteinrichtung auch eine am Lagerbock befestigte Kolben-Zylinder-Anordnung umfassen, wobei der Zylinder zum Schalten des Arretierelements mit einem Hydraulikmedium beaufschlagt wird. Vorzugsweise ist die Schalteinrichtung dabei ausgebildet, dass das Arretierelement in einem deaktivierten Zustand der Schalteinrichtung in Eingriff mit der ersten und zweiten Ausnehmung steht und in einem aktivierten Zustand der Schalteinrichtung außer Eingriff mit der ersten und zweiten Ausnehmung steht. Dadurch kann auf vorteilhafte Weise die Ausfallsicherheit erhöht werden, da bei einem Fehlerfall der Schalteinrichtung weiterhin ein Betrieb des Hubventils möglich ist (Fail-Safe).
Gemäß einem weiteren Gesichtspunkt der Erfindung wird ferner eine Brennkraftmaschine, vorzugsweise eine Diesel-Brennkraftmaschine bereitgestellt. Die Brennkraftmaschine umfasst dabei ein Hubventil mit einer schaltbaren Betätigungsvorrichtung wie in diesem Dokument beschrieben. Ferner kann die Brennkraftmaschine auch mehrere, d. h. mindestens zwei, Hubventile mit je einer entsprechenden schaltbaren Betätigungsvorrichtung umfassen. Auf vorteilhafte Weise wird somit insgesamt eine Brennkraftmaschine bereitgestellt, bei der - vorzugsweise im Schwachlastbetrieb - gezielt der Gaswechsel einzelner Hubventile deaktiviert werden kann.
Weiterhin betrifft die Erfindung auch ein Kraftfahrzeug, umfassend eine vorgenannte Brennkraftmaschine, d. h. eine Brennkraftmaschine aufweisend ein Hubventil mit einer schaltbaren Betätigungsvorrichtung wie in diesem Dokument beschrieben. Vorzugsweise handelt es sich bei dem Kraftfahrzeug dabei um ein Nutzfahrzeug. Anders ausgedrückt kann es sich bei dem Kraftfahrzeug um ein Kraftfahrzeug handeln, das durch seine Bauart und Einrichtung zur Beförderung von Personen, zum Transport von Gütern oder zum Ziehen von Anhängerfahrzeugen ausgelegt ist. Beispielsweise kann es sich bei dem Kraftfahrzeug um einen Lastkraftwagen, einen Omnibus und oder einen Sattelzug handeln. In diesem Zusammenhang ist es für den Fachmann allerdings sofort ersichtlich, dass die erfindungsgemäße Brennkraftmaschine auch bei anderen Arten von Fahrzeugen angewendet werden kann, sodass auch Schutz für andere Arten von Fahrzeugen beansprucht wird, die eine derartige Brennkraftmaschine mit einer schaltbaren Betätigungsvorrichtung für ein Hubventil umfassen. Im Speziellen wird erfindungsgemäß somit auch ein Schienenfahrzeug, vorzugsweise ein Triebfahrzeug, ein Luftfahrzeug, vorzugsweise ein Flugzeug, sowie ein Schiff bereitgestellt. Dabei sollen die im Zusammenhang mit dem Kraftfahrzeug offenbarten Merkmale somit je auch für das Schienenfahrzeug und das Luftfahrzeug offenbart sein und damit auch insbesondere unabhängig vom Kraftfahrzeug beanspruchbar sein.
Die zuvor beschriebenen Aspekte und Merkmale der Erfindung sind dabei beliebig miteinander kombinierbar. Weitere Einzelheiten und Vorteile der Erfindung werden im Folgenden unter Bezugnahme auf die beigefügten Zeichnungen beschrieben. Es zeigen:

1: eine schematische Darstellung einer schaltbaren Betätigungsvorrichtung für ein Hubventil einer Brennkraftmaschine gemäß einer Ausführungsform der Erfindung;
2: eine schematische Explosions-Darstellung eines zweiteiligen Kipphebels der schaltbaren Betätigungsvorrichtung gemäß einer Ausführungsform der Erfindung;
3: eine schematische Explosions-Darstellung einer Kopplungseinrichtung der schaltbaren Betätigungsvorrichtung gemäß einer Ausführungsform der Erfindung;
4: eine schematische Seitenansicht der schaltbaren Betätigungsvorrichtung gemäß 1 in einer Arretierstellung S_a und Freigabestellung S_e ;
5: eine vergrößerte Detailansicht von 4 zur Verdeutlichung des Neigungswinkels der Nutflanken; und
6: ein Kraftfahrzeug umfassend eine Brennkraftmaschine mit einer schaltbaren Betätigungsvorrichtung gemäß einer Ausführungsform der Erfindung.

Gleiche oder funktional äquivalente Elemente sind dabei in allen Figuren mit denselben Bezugszeichen bezeichnet und zum Teil nicht gesondert beschrieben.
1 zeigt eine schematische Darstellung einer schaltbarer Betätigungsvorrichtung 100 für ein Hubventil einer Brennkraftmaschine 20 gemäß einer Ausführungsform der Erfindung. Die Betätigungsvorrichtung 100 umfasst hierbei einen zweiteiligen Kipphebel 10 zur Betätigung des - nicht näher dargestellten - Hubventils. Der zweiteiligen Kipphebel 10 weist hierzu ein schwenkbar um eine Kipphebelachse 2, d. h. über einen bestimmten Winkelbereich um die Kipphebelachse 2 drehbar, gelagertes erstes Kipphebelteil 1a auf. An diesem ersten Kipphebelteil 1a ist eine, vorzugsweise hohlzylinderförmige, Lagerhülse 1a1 konzentrisch zur Kipphebelachse 2 befestigt, auf der wiederum ein zweites Kipphebelteil 1b schwenkbar gelagert ist. In dem in 1 dargestellten montieren Zustand ist die Lagerhülse 1a1 allerdings nicht sichtbar (siehe hierzu 2), sodass hier die beiden Kipphebelteile 1a und 1b benachbart auf der Kipphebelachse 2 gelagert erscheinen. Das in diesem Zusammenhang verwendete Merkmal, dass die Lagerhülse 1a1 „konzentrisch“ zur Kipphebelachse 2 befestigt ist, soll hierbei bedeuten, dass die Lagerhülse 1a1 und die Kipphebelachse 2 derart um eine gemeinsame Mittelachse (gestrichelte Linie in 1) angeordnet sind, dass der erstes Kipphebelteil 1a und der auf der Lagerhülse 1a1 gelagerte zweite Kipphebelteil 1b um einen diese gemeinsame Mittelachse schwenkbar sind. Mit anderen Worten kann der Ausdruck „konzentrisch“ in diesem Zusammenhang auch „koaxial“ bedeuten. Konzentrisch ist hierbei jedoch nicht gleichbedeutend, dass die Lagerhülse 1a1 die Kipphebelachse 2 auch notwendigerweise komplett umgibt, was jedoch möglich ist.
Das erste Kipphebelteil 1a kann dabei - wie dargestellt - über eine drehbar am ersten Kipphebelteil 1a gelagerte Rolle 1a3 in Wirkverbindung mit einem Nocken 11 der Nockenwelle 12 stehen. D. h. mit anderen Worten kann der erste Kipphebelteil 1a durch eine periodische Bewegung des Nockens 11 bei Rotation der Nockenwelle 12 in Bewegung, insbesondere in eine Schwenkbewegung um die Kipphebelachse 2, versetzt werden. Diese Bewegung des ersten Kipphebelteils 1a kann dann mittels einer - im Folgenden noch eingehender beschriebener-Kopplungseinrichtung 4 wahlweise an das zweite Kipphebelteil 1b übertragen werden oder nicht. Hierzu ist die Kopplungseinrichtung 4 eingerichtet, die beiden Kipphebelteile 1a, 1b wahlweise lösbar drehfest miteinander zu verbinden. Mit anderen Worten können das erste und zweite Kipphebelteil 1a und 1b mittels der Kopplungseinrichtung 4 bewegungstechnisch gekoppelt werden. Der zweite Kipphebelteil 1b kann hierbei mit dem Hubventil, vorzugsweise mit einem Ladungswechselventil, in Wirkverbindung stehen, sodass im gekoppelten Zustand der beiden Kipphebelteile 1a, 1b das Hubventil zwischen einer Schließ- und Offenstellung mittelbar durch einen Nocken 11 der Nockenwelle 12 periodisch bewegbar ist. Die vorgenannte Zuordnung des ersten bzw. zweiten Kipphebelteils 1a, 1b zu einem Nocken 11 bzw. einem Ventil kann jedoch auch umgekehrt erfolgen.
Weiterhin ist 1 zu entnehmen, dass die Kipphebelachse 2 vorliegend nicht als durchgängiger Zylinder ausgeführt ist, sondern abgeflachte Bereiche 2a aufweist, die zur Befestigung einer Kopplungseinrichtung 4 zum lösbaren drehfesten Verbinden des ersten und zweiten Kipphebelteils 1a, 1b dienen. Hierbei ist die Kopplungseinrichtung 4 als ein an zweit Gleitstiften 4d1, 4d2 geführter Lagerbock 4b ausgebildet, der mittels einer Spanneinrichtung 4e - in Form zweier Spiralfedern 4e1, 4e2 - gegen den ersten und zweiten Kipphebelteil 1a, 1b verspannt ist. Bei der vorliegenden Ausführungsform ist die Kopplungseinrichtung 4 dabei in Schwerkraftrichtung oberhalb der Kipphebelachse 2 angeordnet. Alternativ sind jedoch auch andere Positionen der Kopplungseinrichtung 4 in Bezug zur Kipphebelachse 2 möglich. Auf diese, die genaue Ausgestaltung des Lagerbocks 4b sowie die Wirkungsweise des erfindungsgemäßen Kopplungsmechanismus wird dabei im Zusammenhang mit den folgenden Figuren näher eingegangen.
2 zeigt eine schematische Explosions-Darstellung eines zweiteiligen Kipphebels 10 der schaltbaren Betätigungsvorrichtung 100 gemäß einer Ausführungsform der Erfindung. Wie vorstehend erwähnt, weist der zweiteilige Kipphebel 10 dabei ein erstes Kipphebelteil 1a und ein zweites Kipphebelteil 1b auf. Die beiden Kipphebelteile 1a und 1b können dabei jeweils als einseitige Hebel ausgebildet sein, d. h., dass je ein Endbereich zur schwenkbaren Lagerung des Hebels und je ein andere Endbereich zur Kraftübertragung ausgebildet sein kann. Wie in 2 gezeigt, ist an dem ersten Kipphebelteil 1a eine vorliegend hohlzylinderförmige Lagerhülse 1a1 befestigt. Falls dabei die Lagerhülse 1a1 und das erste Kipphebelteil 1a mehrteilig ausgebildet sind, kann das Befestigungen, d. h., dass vorzugsweise dauerhafte drehfest Miteinander-Verbinden, beispielweise durch Schweißen, Löten und/oder Einpressen erfolgen. Alternativ können die Lagerhülse 1a1 und erstes Kipphebelteil 1a auch einstückig ausgebildet sein, z. B. indem die Lagerhülse 1a1 integral an dem ersten Kipphebelteil 1a angeformt ist.
Auf der hohlzylinderförmigen Lagerhülse 1a1 ist das zweite Kipphebelteil 1b schwenkbar gelagert. Mit anderen Worten kann die mit dem ersten Kipphebelteil 1a befestigte Lagerhülse 1a1 somit als Gleitlager für das zweite Kipphebelteil 1b dienen. Um dabei die axiale Position des zweiten Kipphebelteils 1b auf der Lagerhülse 1a1 zu fixieren, kann die Lagerhülse 1a1 ferner eine umfangsseitig, d. h. senkrecht zur Kipphebelachse 2, verlaufende Nut 1a2 umfassen. In diese kann dann ein Sicherungsring 5 zur axialen Lagesicherung des zweiten Kipphebelteils 1b eingesetzt sein, wobei zur Reibungsreduzierung zusätzlich noch eine Anlaufscheibe 6 in axialer Richtung zwischen dem zweiten Kipphebelteil 1b und dem Sicherungsring 5 angeordnet sein kann. Zur weiteren Reibungsreduzierung kann der zweiteilige Kipphebel 10 ferner eine, vorzugsweise hohlzylinderförmige, Gleitlagerbuchse 7 umfassen, mittels derer das erste Kipphebelteil 1a und/oder die Lagerbuchse 1a1 auf der Kipphebelachse 2 gelagert sind/ist. Vorzugsweise ist die Gleitlagerbuchse 7 dabei ausgebildet, die Kipphebelachse 2 konzentrisch zu umgeben bzw. umfangsseitig komplett zu umschließen. Anstelle der Verwendung einer (optionalen) Gleitlagerbuchse 7 können das erste Kipphebelteil 1a und/oder die Lagerbuchse 1a1 auch direkt auf der Kipphebelachse 2 gelagert sein, wobei dann vorzugsweise zusätzlich eine Gleitschicht, z. B. MoS₂, auf der Kipphebelachse 2 aufgebracht ist.
Zum lösbaren drehfesten Verbinden des ersten und zweiten Kipphebelteils 1a und 1b umfasst der erste Kipphebelteil 1a eine erste Ausnehmung 3a und der zweite Kipphebelteils 1b eine zweite Außenwirkung 3b. Diese sind vorliegend in Form einer sich jeweils parallel zur Kipphebelachse 2 erstreckende Nut mit trapezförmigen Querschnitt ausgebildet. Dabei sind die beiden Ausnehmungen 3a und 3b so angeordnet und bemessen, dass sie sich insgesamt zu einer Gesamtnut ergänzen können, in die zur Arretierung bzw. Kopplung der beiden Kipphebelteil 1a und 1b ein - im Folgenden noch eingehender beschriebenes und vorzugsweise formkomplementäres -Arretierelement 4a eingreifen kann bzw. eingesetzt werden kann. Steht diese Arretierelement 4a dabei mit der ersten und zweiten Ausnehmung 3a, 3b in Eingriff (= Arretierstellung S_a ), so sind die beiden Kipphebelteile 1a und 1b durch das die beiden Ausnehmungen 3a, 3b überbrückende Arretierelement 4a drehfest verbunden, sodass eine Bewegungsübertragung zwischen Nockenwelle 12 und Hubventil ermöglicht wird. Steht hingegen das Arretierelement 4a nicht mit der ersten und zweiten Ausnehmung 3a, 3b in Eingriff (= Freigabestellung S_e ), so sind die beiden Kipphebelteile 1a und 1b bewegungstechnisch nicht gekoppelt, d. h. unabhängig voneinander verschwenkbar, sodass in diesem Fall keine Bewegungsübertragung zwischen Nockenwelle 12 und Hubventil stattfinden kann. Vorliegend erfolgt dabei der Eingriff des Arretierelements 4a in die erste und zweite Ausnehmung 3a, 3b „von oben“. Alternativ kann durch ein entsprechendes Anbringen der ersten und zweiten Ausnehmung 3a, 3b und der Kopplungseinrichtung 4 jedoch auch ein Eingriff „von unten“ oder einer beliebigen radialen Richtung realisiert werden.
3 zeigt eine schematische Explosions-Darstellung einer Kopplungseinrichtung 4 der schaltbarer Betätigungsvorrichtung 100 inklusive eines, vorliegend als Einlegekeil ausgebildetes, Arretierelements 4a gemäß einer Ausführungsform der Erfindung. Dabei ist das Arretierelement 4a, das seine größte Ausdehnung entlang der Kipphebelachse 2 besitzt, formkomplementär zur ersten und zweiten Ausnehmung 3a, 3b ausgebildet (vgl. 2). Dadurch kann das Arretierelement 4a möglichst optimal mit der ersten und zweiten Ausnehmung 3a, 3b in Form eines Nut-Feder-Eingriffs zusammenwirken, um die beiden Kipphebelteile 1a und 1b lösbar drehfest zu verbinden.
Zur Halterung und Führung des Arretierelements 4a und um insbesondere möglichst zuverlässig zwischen der Arretierstellung S_a und Freigabestellung S_e zu wechseln, sind am Arretierungselement 4a zwei Zapfen 4a1, 4a2 befestigt, mittels derer das Arretierelements 4a schwenkbar in einen Lagerbock 4b gelagert ist. Der Lagerbock 4b ist hierbei portalförmig ausgeführt und umfasst zwei in axialer Richtung beabstandete Lagerwangen 4b1, 4b2, die jeweils in sich in Umfangsrichtung erstreckende Langlöcher 4b3 (nur eins dargestellt) aufweisen, in denen das Arretierelements 4a mittels der Zapfen 4a1, 4a2 geführt ist. Diese Langlochführung ermöglicht dabei ein eingeschränktes Bewegen Arretierelements 4a in Umfangsrichtung, wodurch das Einführen des Arretierelements 4a in die erste und zweite Ausnehmung 3a, 3b und damit der Wechsel zwischen der Arretierstellung S_a und Freigabestellung S_e erleichtert wird. Um das Arretierelement 4a zusätzlich in radialer Richtung zu fixieren, umfasst der Lagerbock 4b ferner eine in axialer Richtung drehbar gelagerte Führungsrolle 4c, die sich auf dem Arretierelement 4a abstützt. Vorzugsweise kann die drehbar gelagerte Führungsrolle 4c dabei an einer Außenfläche des Arretierelements 4a abrollen, wodurch zu jedem Zeitpunkt bzw. zu jedem Schwenkzustand auf vorteilhafte Weise eine optimale radiale Kraftübertragung zur Sicherung des Arretierelements 4a erreicht werden kann.
Weiterhin umfasst die vorliegende Ausführungsform des Lagerbocks 4b zwei Führungsösen 4f1 und 4f2, mittels derer der Lagerbocks 4b, vorzugsweise zur Bewegung in radialer Richtung, an zwei Gleitstiften 4d1 und 4d2 geführt ist (vgl. 1). Besonders vorteilhaft ist es dabei, falls die Kopplungseinrichtung 4 ferner eine Spanneinrichtung umfassen mittels der der Lagerbock 4b in radialer Richtung gegen die erste und zweite Ausnehmung 3a, 3b verspannbar ist. Diese kann dabei - wie in 1 gezeigt - in Form zweier die Gleitstifte 4d1, 4d2 umgebende Spiralfedern 4e1, 4e2 ausgebildet sein, wobei sich die Spiralfedern 4e1, 4e2 jeweils an einem ihrer Enden auf der jeweiligen Führungsöse 4f1 bzw. 4f2 und an ihrem entgegengesetzten Ende jeweils an einem Anschlag des jeweiligen Gleitstifts 4d1 bzw. 4d2 abstützen.
4 zeigt eine schematische Seitenansicht der schaltbarer Betätigungsvorrichtung 100 gemäß 1 jeweils in einer Arretierstellung S_a (oben) und einer Freigabestellung S_e (unten). Hierbei liegt in der oben dargestellten Arretierstellung S_a das Arretierelement 4a nahezu vollständig in der ersten und zweiten Ausnehmung 3a, 3b ein, wodurch der erste und zweite Kipphebelteil 1a und 1b bewegungstechnisch gekoppelt sind. In der unten dargestellten Freigabestellung S_e befindet sich das Arretierelement 4a in keinem Kontakt zu der ersten und/oder zweiten Ausnehmung 3a, 3b, wodurch der erste und zweite Kipphebelteil 1a, 1b unabhängig voneinander beweglich sind. Der Wechsel zwischen diesen beiden Stellungen erfolgt dabei durch ein Bewegen des Arretierelements 4a in einer Ebene senkrecht zur Kipphebelachse 2, vorzugsweise durch ein radiales Bewegen des Arretierelements 4a. In der vorliegend dargestellten Ausführungsform kann dazu der an Gleitstiften 4d1, 4d2 geführte Lagerbock 4b mittels der Schalteinrichtung 13 radial zur Kipphebelachse 2 angehoben bzw. abgesenkt werden. Die Schalteinrichtung 13 ist hierbei in Form eines Elektromagneten ausgebildet, der mit einem am Lagerbocks 4b befestigten Dauermagnetmaterial magnetisch zusammenwirkt. Zudem oder alternativ kann die Schalteinrichtung 13 jedoch auch eine am Lagerbock 4b befestigte Kolben-Zylinder-Anordnung umfassen, wobei der Zylinder zum Schalten des Arretierelements 4a mit einem Hydraulikmedium und/oder mit Druckluft beaufschlagt wird.
5 zeigt eine vergrößerte Detailansicht des Bereichs der ersten Ausnehmung 3a der Freigabestellung S_e von 4. In dieser ist die Form bzw. der Querschnitt der Ausnehmung 3a und des Arretierelements 4a deutlicher zu erkennen. Vorliegend ist dabei die erste und zweite Ausnehmung 3a, 3b jeweils als eine sich parallel zur Kipphebelachse 2 erstreckende Trapeznut ausgebildet. D. h. die erste und zweite Ausnehmung 3a, 3b weisen jeweils einen sich zur Kipphebelachse 2 verjüngenden Nutquerschnitt auf. Dieser wird dabei zur Kipphebelachse 2 von einem Nutgrund und seitlich von zwei Nutflanken begrenzt, wobei diese im Vergleich zu einem idealen rechteckigen Querschnitt jeweils um einen Neigungswinkel α geneigt sind. Diese Neigung erleichtert dabei das Einführen des dazu formkomplementären Arretierelements 4a in die erste und zweite Ausnehmung 3a, 3b. Hierbei ist der Neigungswinkel α der Nutflanken jedoch kleiner als der Selbsthemmungswinkel α_h der entsprechenden Werkstoffpaarung erster-Kipphebelteil-Arretierelement und/oder zweiter-Kipphebelteil-Arretierelement (im Beispiel 11,4 °) gewählt, sodass das Arretierelements 4a in der Arretierstellung S_a selbsthemmend verspannt wird. Auf vorteilhafte Weise kann dadurch zuverlässige Fixierung des Arretierelements 4a in Umfangsrichtung erreicht werden.
6 zeigt ein Kraftfahrzeug 30 umfassend eine Brennkraftmaschine 20 mit einer schaltbaren Betätigungsvorrichtung 100 für ein Hubventil gemäß einer Ausführungsform der Erfindung. Vorliegend handelt es sich bei dem Kraftfahrzeug 30 um ein Nutzfahrzeug in Form eines Lastkraftwagens. Alternativ kann es sich jedoch bei dem Kraftfahrzeug 30 jedoch auch um einen Omnibus und/oder einen Sattelzug handeln. Auf vorteilhafte Weise kann mittels der erfindungsgemäßen schaltbaren Betätigungsvorrichtung 100 bei dem schematisch dargestellten Kraftfahrzeug 30 ein Gaswechsel einzelner Hubventile der Brennkraftmaschine 20 - vorzugsweise im Schwachlastbetrieb - gezielt deaktiviert werden und dadurch insgesamt der Kraftstoffverbrauch gesenkt werden.
Obwohl die Erfindung unter Bezugnahme auf bestimmte Ausführungsbeispiele beschrieben worden ist, ist es für einen Fachmann ersichtlich, dass verschiedene Änderungen ausgeführt werden können und Äquivalente als Ersatz verwendet werden können, ohne den Bereich der Erfindung zu verlassen. Folglich soll die Erfindung nicht auf die offenbarten Ausführungsbeispiele begrenzt sein, sondern soll alle Ausführungsbeispiele umfassen, die in den Bereich der beigefügten Patentansprüche fallen. Insbesondere beansprucht die Erfindung auch Schutz für den Gegenstand und die Merkmale der Unteransprüche unabhängig von den in Bezug genommenen Ansprüchen.
Bezugszeichenliste

1a: Erstes Kipphebelteil
1a1: Lagerhülse
1a2: Nut
1a3: Rolle
1b: Zweites Kipphebelteil
2: Kipphebelachse
2a: Abgeflachter Bereich der Kipphebelachse
3a: Erste Ausnehmung
3b: Zweite Ausnehmung
4: Kopplungseinrichtung
4a: Arretierelement
4a1,a2: Zapfen
4b: Lagerbock
4b1,4b2: Lagerwangen
4b3: Langloch
4c: Führungsrolle
4d1, 4d2: Gleitstift
4e: Spanneinrichtung
4e1, 4e2: Spiralfedern
4f1,4f2: Führungsösen
5: Sicherungsring
6: Anlaufscheibe
7: Gleitlagerbuchse
10: Zweiteiligen Kipphebel
11: Nocken
12: Nockenwelle
13: Schaltvorrichtung
20: Brennkraftmaschine
30: Kraftfahrzeug
100: Betätigungsvorrichtung
S_a: Arretierstellung
S_e: Freigabestellung
α: Neigungswinkel
α_h: Selbsthemmungswinkel

Claims

Schaltbare Betätigungsvorrichtung (100) für ein Hubventil einer Brennkraftmaschine (20), vorzugsweise ein Ladungswechselventil, das zwischen einer Schließ- und Offenstellung mittelbar durch einen Nocken (11) einer Nockenwelle (12) periodisch bewegbar ist, umfassend: a) einen zweiteiligen Kipphebel (10) zur Betätigung des Hubventils, aufweisend a₁) ein schwenkbar um eine Kipphebelachse (2) gelagertes erstes Kipphebelteil (1a), an dem eine Lagerhülse (1a1) konzentrisch zur Kipphebelachse (2) befestigt ist; und a₂) ein schwenkbar auf der Lagerhülse (1a1) gelagertes zweites Kipphebelteil (1b); wobei der erste Kipphebelteil (1a) eine erste Ausnehmung (3a) und der zweite Kipphebelteil (1b) eine zweite Ausnehmung (3b) umfasst; und b) eine Kopplungseinrichtung (4) zum lösbaren drehfesten Verbinden des ersten und zweiten Kipphebelteils (1a, 1b), umfassend ein Arretierelement (4a), das wahlweise in und außer Eingriff mit der ersten und zweiten Ausnehmung (3a, 3b) bringbar ist, wobei eine Betätigung des Hubventils unterbrochen ist, falls das Arretierelement (4a) nicht in Eingriff mit der ersten oder zweiten Ausnehmung (3a, 3b) steht.
Betätigungsvorrichtung (100) nach Anspruch 1, dadurch gekennzeichnet, dass die Lagerhülse a) integral an dem ersten Kipphebelteil (1a) angeformt ist; und/oder b) die Kipphebelachse (2) konzentrisch umgibt; und/oder c) eine Nut (1a2) umfasst, in die ein Sicherungsring (5) zur axialen Lagesicherung des zweiten Kipphebelteils (1b) eingesetzt ist.
Betätigungsvorrichtung (100) nach einem der vorherigen Ansprüche, dadurch gekennzeichnet, dass das Arretierelement (4a) durch ein Bewegen senkrecht zur Kipphebelachse (2) wahlweise in a) in eine Freigabestellung S_e, in der das Arretierelement (4a) nicht mit der ersten und zweiten Ausnehmung (3a, 3b) in Eingriff steht, bringbar ist, oder b) in eine Arretierstellung S_a, in der das Arretierelement (4a) mit der ersten und zweiten Ausnehmung (3a, 3b) in Eingriff steht, bringbar ist.
Betätigungsvorrichtung (100) nach einem der vorherigen Ansprüche, dadurch gekennzeichnet, dass a) die erste und zweite Ausnehmung (3a, 3b) jeweils als sich parallel zur Kipphebelachse (2) erstreckende Nut mit einem sich zur Kipphebelachse (2) verjüngendem Nutquerschnitt ausgebildet sind; und b) das Arretierelement (4a) keilförmig und/oder keilstumpfförmig und/oder zumindest abschnittsweise formkomplementär zur ersten und/oder zweiten Ausnehmung (3a, 3b) ausgebildet ist.
Betätigungsvorrichtung (100) nach Anspruch 4, dadurch gekennzeichnet, dass jeder der Nutquerschnitte ausgebildet ist, beim Eingriff des Arretierelements (4a) in die erste und zweite Ausnehmung (3a, 3b) das Arretierelement (4a) in Umfangsrichtung selbsthemmend zu verspannen.
Betätigungsvorrichtung (100) nach Anspruch 4 oder 5, dadurch gekennzeichnet, dass jeder der Nutquerschnitte zur Kipphebelachse (2) von einem Nutgrund und seitlich von zwei Nutflanken begrenzt wird, wobei ein Neigungswinkel α der Nutflanken kleiner als der Selbsthemmungswinkel α_h der Werkstoffpaarung erster-Kipphebelteil-Arretierelement und/oder zweiter- Kipphebelteil-Arretierlement ist.
Betätigungsvorrichtung (100) nach einem der vorherigen Ansprüche, dadurch gekennzeichnet, dass das Arretierelement (4a) a) die größte Ausdehnung entlang der Kipphebelachse aufweist; und/oder b) sich parallel zur Kipphebelachse (1) erstreckt; und/oder c) nur senkrecht zur Kipphebelachse (2) bewegbar ist.
Betätigungsvorrichtung (100) nach einem der vorherigen Ansprüche, dadurch gekennzeichnet, dass die Kopplungseinrichtung (4) einen Lagerbock (4b) zur axialen Fixierung des Arretierelements (4a) umfasst, wobei der Lagerbock (4b) zwei in axialer Richtung beabstandete Lagerwangen (4b1, 4b2) aufweist, an denen das Arretierelement (4a) mittels zwei am Arretierelement (4a) befestigter Zapfen (4a1, 4a2) schwenkbar gelagert ist.
Betätigungsvorrichtung (100) nach Anspruch 8, dadurch gekennzeichnet, dass die Zapfen (4a1, 4a2) des Arretierelements (4a) jeweils in einem sich in Umfangsrichtung erstreckenden Langloch (4b3) der Lagerwangen (4b1, 4b2) des Lagerbocks (4b) geführt sind.
Betätigungsvorrichtung (100) nach Anspruch 8 oder 9, dadurch gekennzeichnet, dass der Lagerbock (4b) eine in axialer Richtung drehbar gelagerte Führungsrolle (4c) umfasst, die sich zur radialen Fixierung des Arretierelements (4a) in radialer Richtung auf dem Arretierelement (4a) abstützt.
Betätigungsvorrichtung (100) nach einem der Ansprüche 8 bis 10, dadurch gekennzeichnet, dass die Kopplungseinrichtung (4) mindestens einen an der Kipphebelachse (2) angeordneten Gleitstift (4d1, 4d2) oder eine an der Kipphebelachse (2) angeordnete Gleitschiene umfasst, an dem/der der Lagerbock (4b) radial zur Kipphebelachse (2) verschiebbar gelagert ist.
Betätigungsvorrichtung (100) nach einem der vorherigen Ansprüche 8 bis 11, dadurch gekennzeichnet, dass die Kopplungseinrichtung (4) eine Spanneinrichtung (4e) umfasst, mittels der der Lagerbock (4b) in radialer Richtung gegen die erste und zweite Ausnehmung (3a, 3b) verspannbar ist.
Betätigungsvorrichtung (100) nach einem der vorherigen Ansprüche, gekennzeichnet durch eine elektro-magnetische und/oder pneumatische und/oder hydraulische Schaltvorrichtung (13), mittels der das Arretierelement (4a) betätigbar ist, um es wahlweisen in und außer Eingriff mit der ersten und zweiten Ausnehmung (3a, 3b) zu bringen.
Brennkraftmaschine (20), vorzugsweise Diesel-Brennkraftmaschine, umfassend ein Hubventil mit einer schaltbaren Betätigungsvorrichtung (100) nach einem der vorherigen Ansprüche.
Kraftfahrzeug (30), vorzugsweise Nutzfahrzeug, umfassend eine Brennkraftmaschine (20) nach Anspruch 14.