DE102019110715A1 - Valve train of an internal combustion engine and method for avoiding incorrect switching on a switchable valve train - Google Patents
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Abstract
Ein Ventiltrieb einer Brennkraftmaschine mit Gaswechselventilen, die über mindestens eine Nockenwelle unter Zwischenschaltung mindestens eines schaltbaren hebelartigen Nockenfolgers betätigt werden, weist schaltbare Nockenfolger auf, die von einer von einem Aktuator (6) bewegten Schubleiste (5) zwischen einer ersten Schaltstellung und einer zweiten Schaltstellungstellung umschaltbar sind. Zur Vermeidung ungewollter Schaltvorgänge der Schubleiste sowie des Aktuators im Ruhezustand des Aktuators, die durch Schwingungen hervorgerufen werden können, soll der Aktuator (6) mit der Schubleiste (5) formschlüssig verbunden sein, wobei eine Arretiereinheit (8) vorgesehen ist, die die Schubleiste (5) in ihrer Ruhestellung, in der der Nockenfolger in seine zweite Schaltstellung betätigt ist, an einer Verfahrbewegung hindert.A valve train of an internal combustion engine with gas exchange valves, which are actuated via at least one camshaft with the interposition of at least one switchable lever-like cam follower, has switchable cam followers which can be switched between a first switch position and a second switch position position by a slide bar (5) moved by an actuator (6) are. In order to avoid unwanted switching operations of the slide bar and the actuator when the actuator is in the idle state, which can be caused by vibrations, the actuator (6) should be positively connected to the slide bar (5), a locking unit (8) being provided to hold the slide bar ( 5) in its rest position, in which the cam follower is actuated in its second switching position, prevents movement.
Description
Gebiet der ErfindungField of invention
Die Erfindung betrifft einen Ventiltrieb einer Brennkraftmaschine mit Gaswechselventilen, die über mindestens eine Nockenwelle unter Zwischenschaltung mindestens eines schaltbaren hebelartigen Nockenfolgers betätigt werden, wobei der schaltbare Nockenfolger von einer von einem Aktuator bewegten Schubleiste zwischen einer ersten Schaltstellung und einer zweiten Schaltstellungstellung umschaltbar ist. Weiterhin betrifft die Erfindung ein Verfahren zum Vermeiden von Fehlschaltungen an einem schaltbaren Ventiltrieb.The invention relates to a valve drive of an internal combustion engine with gas exchange valves, which are actuated via at least one camshaft with the interposition of at least one switchable lever-like cam follower, the switchable cam follower being switchable between a first switch position and a second switch position position by a slide bar moved by an actuator. The invention also relates to a method for avoiding incorrect switching on a switchable valve drive.
Stand der TechnikState of the art
Aus der
Nockenfolger von Hubkolbenbrennkraftmaschinen, die zum Betätigen der Gaswechselventile dienen, werden in der Regel als Kipp-, Schlepp- oder Schwinghebel sowie als Tassen ausgeführt und wirken vorzugsweise mit Nocken einer obenliegenden, im Zylinderkopf angeordneten Nockenwelle zusammen. Mit einem einfachen, d.h., nichtschaltbaren Nockenfolger lässt sich der Hub des damit gesteuerten Gaswechselventils nicht beeinflussen.Cam followers of reciprocating internal combustion engines, which are used to actuate the gas exchange valves, are usually designed as rocker arms, rocker arms or rocker arms and as cups and preferably interact with cams of an overhead camshaft arranged in the cylinder head. The lift of the gas exchange valve controlled by it cannot be influenced with a simple, i.e. non-switchable, cam follower.
Um Kraftstoff zu sparen und die Effizienz der Brennkraftmaschine zu steigern, ist es bereits seit längerem bekannt, schaltbare Nockenfolger oder Schiebenocken einzusetzen. Diese werden dazu verwendet, den Hub der Gaswechselventile zu beeinflussen. Im einfachsten Fall wird ein sogenannter Nullhub realisiert, d. h. das zugeordnete Gaswechselventil verbleibt in seiner Schließstellung, obwohl der Nocken der sich drehenden Nockenwelle den Nockenfolger betätigt. Auch können - je nach Ausgestaltung der schaltbaren Nockenfolger und der Nocken der Nockenwelle - Änderungen des Ventilhubes realisierbar sein.To save fuel and increase the efficiency of the internal combustion engine, it has been known for a long time to use switchable cam followers or sliding cams. These are used to influence the stroke of the gas exchange valves. In the simplest case, a so-called zero stroke is implemented, i. H. the associated gas exchange valve remains in its closed position, although the cam of the rotating camshaft actuates the cam follower. Depending on the design of the switchable cam follower and the cams of the camshaft, changes in the valve lift can also be implemented.
Aus der
Die Schubleiste ist parallel zur Nockenwelle im Zylinderkopf längsverschiebbar gelagert und zwar derart, dass die Verbindungsarme jeden Schaltbolzen in eine seiner beiden Schaltpositionen verschieben können. Die erste Schaltposition wird durch an den Schaltbolzen und/oder an der Schubleiste angeordnete Rückholfedern erreicht. Verschoben wird die Schubleiste von einem einen Elektromagneten aufweisenden Aktuator, der in der Regel außen am Zylinderkopf befestigt ist. Der Elektromagnet weist eine feststehende Ringspule und einen in ihrem Zentrum axial verschiebbaren Anker auf, der mit einem aus dem Gehäuse des Aktuators heraus ragenden Schaltstift zusammen wirkt. Die Schubleiste ist an ihrem dem Aktuator zugewandten freien Ende mit einer Lasche versehen, mit der der Schaltstift kraftschlüssig verbunden ist.The slide bar is mounted in the cylinder head so that it can be longitudinally displaced parallel to the camshaft in such a way that the connecting arms can move each switching pin into one of its two switching positions. The first switching position is reached by means of return springs arranged on the switching bolt and / or on the slide bar. The slide bar is moved by an actuator which has an electromagnet and which is usually attached to the outside of the cylinder head. The electromagnet has a stationary ring coil and an armature which is axially displaceable in its center and which interacts with a switching pin protruding from the housing of the actuator. At its free end facing the actuator, the slide bar is provided with a tab with which the switch pin is connected in a non-positive manner.
Ein Nachteil dieser Anordnung besteht in deren Schwingungsempfindlichkeit in Bewegungsrichtung der Schubleiste, die durch Versuche nachgewiesen werden konnte. Treten an der Schalteinrichtung Schwingungen auf, beispielsweise in deren Betrieb in einem Kraftfahrzeug, so werden die beweglichen Massen der Schubleiste und des Aktuators angeregt und gegen die Kraft der Rückstellfedern des Systems verschoben. Dadurch kann über die Verbindungsarme an der Schubleiste ein ungewollter Schaltvorgang der schaltbaren Schlepphebel ausgelöst werden, so dass Fehlfunktionen auftreten.A disadvantage of this arrangement is its sensitivity to vibrations in the direction of movement of the push bar, which has been proven through tests. If the switching device vibrates, for example during its operation in a motor vehicle, the movable masses of the slide bar and the actuator are excited and shifted against the force of the return springs of the system. This can trigger an unwanted switching process of the switchable rocker arm via the connecting arms on the push bar, so that malfunctions occur.
Offenbarung der ErfindungDisclosure of the invention
Es ist Aufgabe der vorliegenden Erfindung, eine Vorrichtung und ein Verfahren vorzuschlagen, mit dem ungewollte Schaltvorgänge der Schubleiste sowie des Aktuators im Ruhezustand des Aktuators vermieden werden können.The object of the present invention is to propose a device and a method with which undesired switching operations of the slide bar and of the actuator can be avoided when the actuator is in the idle state.
Diese Aufgabe wird durch die Merkmale des kennzeichnenden Teils des unabhängigen Patentanspruches
Danach geht die Erfindung aus von einem Ventiltrieb einer Brennkraftmaschine mit Gaswechselventilen, die über mindestens eine Nockenwelle unter Zwischenschaltung mindestens eines schaltbaren hebelartigen Nockenfolgers betätigt werden. Dabei ist der schaltbare Nockenfolger von einer von einem Aktuator bewegten Schubleiste zwischen einer ersten Schaltstellung und einer zweiten Schaltstellungstellung umschaltbar.According to this, the invention is based on a valve drive of an internal combustion engine with gas exchange valves which have at least one camshaft be actuated with the interposition of at least one switchable lever-like cam follower. The switchable cam follower can be switched between a first switch position and a second switch position position by a slide bar moved by an actuator.
Erfindungsgemäß ist vorgesehen, dass der Aktuator mit der Schubleiste formschlüssig verbunden ist und dass eine Arretiereinheit vorgesehen ist, die die Schubleiste in ihrer Ruhestellung, in der der Nockenfolger in seine zweite Schaltstellung betätigt ist, an einer Verfahrbewegung hindert.According to the invention it is provided that the actuator is positively connected to the slide bar and that a locking unit is provided which prevents the slide bar from moving in its rest position in which the cam follower is actuated in its second switching position.
Die Erfindung basiert auf der Erkenntnis, dass die Schubleiste mit den beweglichen Bauteilen des sie verschiebenden Aktuators formschlüssig zu einem Gesamtsystem verbunden ist und dass in diesem Gesamtsystem eine Arretiereinrichtung vorgesehen wird, die eine Bewegung des Gesamtsystems, also der Schubleiste mit den beweglichen Bauteilen des Aktuators, unterbindet. Hierbei spielt es keine Rolle, wo die Arretiereinrichtung angreift. Sie kann an der Schubleiste angreifen oder an Bauteilen des Aktuators, solange eine formschlüssige Verbindung zwischen den zu Schwingungen anregbaren Bauteilen des Gesamtsystems vorliegt. Durch die Arretiereinrichtung wird verhindert, dass auftretende Schwingungen die Verstellfunktionen des Gesamtsystems in deren Ruhezustand beeinflussen und somit ein unbeabsichtigtes Schalten der schaltbaren Schlepphebel bewirken. Daher können Unregelmäßigkeiten im Motorlauf, die aus Fehlschaltungen resultieren, unterbunden werden. Hierbei spielt die konkrete Ausgestaltung des Aktuators keine Rolle. Es ist also gleichgültig, ob der Aktuator pneumatisch, hydraulisch oder elektrisch arbeitet.The invention is based on the knowledge that the slide bar is positively connected to the moving components of the actuator that moves it to form an overall system, and that a locking device is provided in this overall system that allows the overall system to move, i.e. the slide bar with the movable components of the actuator, prevents. It does not matter where the locking device engages. It can attack the slide bar or components of the actuator as long as there is a positive connection between the components of the overall system that can be excited to vibrate. The locking device prevents vibrations that occur from influencing the adjustment functions of the overall system in its idle state and thus causing unintentional switching of the switchable rocker arms. Therefore, irregularities in the running of the engine, which result from incorrect switching, can be prevented. The specific design of the actuator is irrelevant here. It does not matter whether the actuator works pneumatically, hydraulically or electrically.
Eine bevorzugte Weiterbildung der Erfindung sieht vor, dass der Aktuator als Elektromagnet ausgebildet ist, dessen Anker direkt mit der Schubleiste verbunden ist und dass die Arretiereinrichtung an dem Anker angreift. Da der Aktuator üblicherweise außen am Zylinderkopf oder an der Zylinderkopfhaube der Brennkraftmaschine angeordnet ist, kann es konstruktiv einfacher sein, diesen um eine Arretiereinrichtung zu erweitern. Deren Anordnung an der Schubleiste ist aus Platzgründen zum Teil nicht möglich, da diese sich innerhalb des den Ventiltrieb aufnehmenden Ventilgehäuses befindet. Auch kann durch die vorgenannte Lösung baulich einfach sichergestellt werden, dass die Arretiereinrichtung bei Bestromung des Elektromagneten abgeschaltet wird.A preferred development of the invention provides that the actuator is designed as an electromagnet, the armature of which is directly connected to the slide bar and that the locking device engages the armature. Since the actuator is usually arranged on the outside of the cylinder head or on the cylinder head cover of the internal combustion engine, it can be structurally simpler to expand it with a locking device. Their arrangement on the slide bar is partly not possible for reasons of space, since it is located inside the valve housing that accommodates the valve drive. The aforementioned solution also makes it structurally simple to ensure that the locking device is switched off when the electromagnet is energized.
Die Arretiereinrichtung kann kraftschlüssig oder alternativ formschlüssig mit dem Anker des Elektromagneten in Kontakt stehen. Bevorzugt wird eine formschlüssige Verbindung, da diese auf einfache und zuverlässige Weise Fehlschaltungen des Gesamtsystems bei auftretenden Schwingungen verhindert.The locking device can be in force-fit or, alternatively, form-fit contact with the armature of the electromagnet. A positive connection is preferred, since this prevents incorrect switching of the overall system in a simple and reliable manner when vibrations occur.
Um auf einfache Art und Weise eine Entsperrung der Arretiereinrichtung zu erhalten, wird gemäß einer Weiterbildung der Erfindung vorgeschlagen, die Entsperrung durch den Magnetfluss des bestromten Elektromagneten durchführen zu lassen, indem die sperrenden Bauteile der Arretiereinrichtung in den Magnetfluss derart angeordnet werden, dass sie durch die Magnetkraft in ihre entsperrende Funktion gelangen. Damit wird der Bauaufwand verringert, denn es wird keine weitere Einrichtung benötigt, um die Arretiereinrichtung zu lösen.In order to unlock the locking device in a simple manner, it is proposed according to a further development of the invention to have the unlocking performed by the magnetic flux of the energized electromagnet by arranging the locking components of the locking device in the magnetic flux in such a way that they are released by the Magnetic force get into their unlocking function. This reduces the construction cost, because no further device is required to release the locking device.
Wird, wie bei einigen Aktuatoren bekannt, ein Schaltstift zwischen Anker und Schubleiste vorgesehen, so kann es ausreichen, die Arretiereinrichtung an dem Schaltstift angreifen zu lassen, da die Masse des Ankers im Gesamtsystem zum einen vernachlässigbar ist und zum anderen der Anker auch in seinem Ruhezustand kraftschlüssig mit dem Schaltstift in Kontakt steht, also quasi eingespannt ist.If, as is known with some actuators, a switch pin is provided between the armature and the slide bar, it may be sufficient to let the locking device engage the switch pin, since the mass of the armature in the overall system is negligible on the one hand and the armature is also in its idle state on the other is frictionally in contact with the switch pin, so it is quasi clamped.
Bevorzugt besteht die Arretiereinrichtung aus einem verfahrbaren Verriegelungsstift aus magnetischem Material, und der Anker bzw. Schaltstift weist eine hierzu fluchtende Vertiefung auf, in die der Verriegelungsstift einfahrbar ist. Sinnvoll ist es, den Verriegelungsstift von einem Kraftspeicher, insbesondere einer Druckfeder in die Vertiefung einzudrücken und bei Bestromung durch die Magnetkraft gegen die Kraft der Druckfeder aus der Vertiefung heraus zu ziehen. Die Vertiefung kann auch als umlaufende Nut ausgebildet sein, welche fertigungstechnisch einfacher herzustellen ist als eine Vertiefung. Auch kann mehr als ein Verriegelungsstift vorgesehen werden, bevorzugt werden zwei gegenüberliegende Verriegelungsstifte vorgesehen, die im Ruhezustand des Aktuators in die Nut bzw. jeweilige Vertiefung einrasten. The locking device preferably consists of a displaceable locking pin made of magnetic material, and the armature or switching pin has a recess aligned with this, into which the locking pin can be moved. It is sensible to press the locking pin from an energy storage device, in particular a compression spring, into the recess and, when energized by the magnetic force, pull it out of the recess against the force of the compression spring. The depression can also be designed as a circumferential groove, which is easier to manufacture than a depression in terms of manufacturing technology. More than one locking pin can also be provided; two opposing locking pins are preferably provided which, when the actuator is in the idle state, snap into the groove or respective recess.
Alternativ zu dem Verriegelungsstift kann auch ein exzentrisch gelagerter Ring verwendet werden, der ebenfalls von einem Kraftspeicher, insbesondere einer Druckfeder, im Ruhezustand in die Vertiefung bzw. Nut einschwenkbar ist.As an alternative to the locking pin, an eccentrically mounted ring can also be used, which can also be swiveled into the recess or groove by an energy storage device, in particular a compression spring, in the rest state.
Bei einem Verfahren zum Vermeiden von Fehlschaltungen an einem schaltbaren Ventiltrieb mit Gaswechselventilen, die über mindestens eine Nockenwelle unter Zwischenschaltung mindestens eines schaltbaren hebelartigen Nockenfolgers betätigt werden, wird der schaltbare Nockenfolger von einer Schubleiste zwischen einer ersten Stellung und einer zweiten Stellung verfahren. Dafür greift ein Anker eines als Elektromagnet ausgebildeten Aktuators an der Schubleiste an. Dabei ist erfindungsgemäß vorgesehen, dass das Magnetfeld des bestromten Elektromagneten die Arretiereinrichtung derart verschiebt, dass diese aus der Wirkverbindung mit dem Anker gelöst wird. Somit wird keine separat angesteuerte Einrichtung benötigt, um die Arretiereinrichtung zu lösen und solange gelöst zu halten, bis die Schubleiste wieder in ihre Ruhestellung zurück gekehrt ist. Dann ist die Bestromung des Elektromagneten wieder abgeschaltet, damit die Arretiereinrichtung wieder den Anker blockieren kann. Wird ein Schaltstift zwischengeschaltet, so arbeitet das Verfahren analog mit dem Schaltstift.In a method for avoiding incorrect switching on a switchable valve train with gas exchange valves that are actuated via at least one camshaft with the interposition of at least one switchable lever-like cam follower, the switchable cam follower is moved by a sliding bar between a first position and a second position. To do this, an armature of an actuator designed as an electromagnet acts on the slide bar. It is provided according to the invention that the magnetic field of the energized electromagnet moves the locking device in such a way that it is out of the operative connection with the Anchor is released. Thus, no separately controlled device is required to release the locking device and keep it released until the sliding bar has returned to its rest position. Then the energization of the electromagnet is switched off again so that the locking device can block the armature again. If a switch pin is interposed, the process works in the same way with the switch pin.
Die Erfindung ist nicht auf die angegebene Kombination der Merkmale des unabhängigen Patenanspruches
FigurenlisteFigure list
Zur weiteren Erläuterung der Erfindung wird auf die Zeichnungen verwiesen, in denen ein Ausführungsbeispiel vereinfacht dargestellt ist. Es zeigen:
-
1 eine perspektivische Ansicht einer Schubleiste mit acht schaltbaren Nockenfolgern und einem Aktuator zur Steuerung der Schubleiste, -
2 einen Längsschnitt durch den als Elektromagneten ausgebildeten Aktuator nach1 mit einer Arretiereinrichtung.
-
1 a perspective view of a slide bar with eight switchable cam followers and an actuator for controlling the slide bar, -
2 a longitudinal section through the actuator designed as anelectromagnet 1 with a locking device.
Ausführliche Beschreibung der ZeichnungDetailed description of the drawing
In der
Parallel zur Nockenwelle
In der
Der Anker ist als zylindrischer Stift
Im vorliegenden Fall ist der Anker
Innerhalb des Aktuatorgehäuses
Jeder Verriegelungsstift ist aus einem magnetisierbaren Material und im Querschnitt so ausgestaltet, dass er in seine zugeordnete Vertiefung nahezu spielfrei einfahren kann, wenn sie mit ihm fluchtet. Hierzu dient eine an jedem Verriegelungsstift wirkende Druckfeder
Wird die Bestromung des Elektromagneten
Im Rahmen der Erfindung kann der Verriegelungsstift auch eine besonders ausgestaltete Spitze aufweisen, der einer kongruenten Kontur in der Vertiefung
Daneben ist es denkbar, für den Anker
Weiterhin muss die Antriebseinrichtung
Das vorliegende Ausführungsbeispiel beschreibt einen Elektromagneten mit einem Anker in einem Gehäuse. Es ist jedoch für die Erfindung unerheblich, ob in dem Gehäuse ein, zwei oder mehrere Elektromagnete mit ihren Bauteilen angeordnet sind und dementsprechend für jeden Anker eine Arretiereinrichtung vorgesehen ist. Auch ist es für das Verständnis der Erfindung unerheblich, wie der Elektromagnet angesteuert wird.The present embodiment describes an electromagnet with an armature in a housing. However, it is irrelevant for the invention whether one, two or more electromagnets with their components are arranged in the housing and accordingly a locking device is provided for each armature. It is also irrelevant for understanding the invention how the electromagnet is controlled.
BezugszeichenlisteList of reference symbols
- 11
- Nockenwellecamshaft
- 22
- Nockencam
- 33
- schaltbarer Schlepphebelswitchable rocker arm
- 44th
- GaswechselventilGas exchange valve
- 55
- SchubleistePush bar
- 5a5a
- VerbindungselementConnecting element
- 5b5b
- RückstellfederReturn spring
- 66th
- AktuatorActuator
- 6.16.1
-
Gehäuse von
6 Housing from6 - 77th
-
Lasche an
5 Tab on5 - 88th
- ArretiereinrichtungLocking device
- 99
- AntriebseinrichtungDrive device
- 1010
- ElektromagnetElectromagnet
- 10.110.1
-
Ringspule von
10 Ring coil of10 - 10.210.2
-
Anker von
10 Anchor from10 - 1111
- zylindrischer Stiftcylindrical pin
- 1212
-
freies Ende von
11 free end of11 - 1313th
- Aufnahmeadmission
- 1414th
- Ringring
- 1515th
- Vertiefungdeepening
- 1616
- Vertiefungdeepening
- 1717th
- VerriegelungsstiftLocking pin
- 1818th
- Anschlagattack
- 18a18a
- FührungselementeGuide elements
- 1919th
- DruckfederCompression spring
ZITATE ENTHALTEN IN DER BESCHREIBUNGQUOTES INCLUDED IN THE DESCRIPTION
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Zitierte PatentliteraturPatent literature cited
- DE 102013210871 A1 [0002]DE 102013210871 A1 [0002]
- DE 102017101792 A1 [0005]DE 102017101792 A1 [0005]
- DE 102017101792 B4 [0023]DE 102017101792 B4 [0023]
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