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Die vorliegende Erfindung betrifft eine Zylinderkopfeinrichtung für eine Verbrennungskraftmaschine mit Ventilabschaltung sowie eine entsprechend eingerichtete Verbrennungskraftmaschine. Die Erfindung betrifft weiter ein Kraftfahrzeug mit einer solchen Verbrennungskraftmaschine.
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Verbrennungskraftmaschinen werden nach wie vor verbreitet eingesetzt, wobei stets weitere Verbesserungen hinsichtlich der Effizienz angestrebt werden. Ein Ansatz dafür besteht in Systemen zur Ventilabschaltung, womit beispielsweise in einem Schubbetrieb ein Auslassventil abgeschaltet werden kann, sodass es geschlossen bleibt. Solche Systeme verwenden typischerweise ein durch einen Aktuator bewegbares mechanisches Schaltelement. Zum Aktivieren bzw. Bewegen eines solchen Schaltelements muss jedoch einen Reibungswiderstand überwunden werden. Dies benötigt zum einen Energie und ist zum anderen in der Praxis gewissen Schwankungen unterworfen, beispielsweise aufgrund unterschiedlicher Ölverteilungen, Viskositäten, Temperaturen, Ölsorten und/oder einer Ölalterung im Laufe der Zeit. Diese Schwankungen bedeuten, dass es eine entsprechende Varianz einer Schaltzeit, also der Zeit zwischen Aktivierung oder Bestromung des Aktuators und einem sicheren oder zuverlässigen Erreichen eines bestimmten Schaltzustands, gibt und die Schaltgeschwindigkeit begrenzt ist. Dadurch ist der durch die Ventilabschaltung erzielbare Effizienzgewinn begrenzt und gegebenenfalls auf einen begrenzten Drehzahlbereich eingeschränkt.
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Vor diesem Hintergrund beschreibt die
DE 10 2018 117 335 A1 einen variablen Ventiltrieb eines Verbrennungskolbenmotors. Darin sind schaltbare Schlepphebel mit einer Schaltstange verbunden, welche oberhalb der Schlepphebel parallel zu einer Nockenwelle angeordnet und mittels eines Linearaktuators längsverschiebbar ist. Die Schaltstange ist parallel zur Nockenwelle in Führungen im Zylinderkopf gelagert, wobei die Schaltstange und/oder die Führungen derart gestaltet sind, dass sich zwischen den Führungen und der Schaltstange nur ein Linien- oder Punktkontakt ergibt. Damit soll ein reibungserhöhender Haftgleiteffekt zwischen den Führungen und der Schaltstange vermieden werden. Beispielsweise kann die Schaltstange dabei an Führungsvorsprüngen geführt werden, zwischen denen sich in Bewegungsrichtung der Schaltstange eine Öffnung befindet, um die Kontaktfläche zu reduzieren. Problematisch ist dabei jedoch, dass eine solche quer zur Bewegungs- bzw. Längsrichtung der Schaltstange angeordnete Öffnung nur schwierig und aufwendig gefertigt werden kann. Der alternative Vorschlag, die Reibung über Wälzkörper zu reduzieren, kann ebenfalls einen erheblichen Fertigungs- und Kostenaufwand mit sich bringen.
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Als weiteren Ansatz beschreibt die
DE 10 2018 125 978 A1 ebenfalls einen entsprechenden variablen Ventiltrieb eines Verbrennungskolbenmotors. Darin ist es vorgesehen, dass die Führung oder ein darin geführtes langgestrecktes Schaltmittel einen sich über einen Abschnitt einer unteren Mantelfläche des Körpers des Schaltmittels oder einer oberen Mantelfläche des Körpers der Führung in Bewegungsrichtung erstreckenden dreidimensional strukturierten Oberflächenbereich aufweist oder dass das langgestreckte Schaltmittel und die Führung zwei zueinander komplementäre derartige Oberflächenbereiche aufweisen. Durch solche Strukturierungen soll die Haftreibung zwischen dem Schaltmittel und der Führung weiter verringert werden. Eine Herstellung einer solchen Strukturierung kann jedoch ebenfalls mit signifikantem Fertigungs- und Kostenaufwand verbunden sein.
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Aufgabe der vorliegenden Erfindung ist es, eine besonders zuverlässige und insbesondere bezüglich der Schaltzeiten konsistentere und robustere Ventilabschaltung in einer Verbrennungskraftmaschine hinsichtlich der Fertigung besonders einfach, aufwandsarm und kostengünstig zu ermöglichen.
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Diese Aufgabe wird erfindungsgemäß durch die Gegenstände der unabhängigen Patentansprüche gelöst. Mögliche Ausgestaltungen und Weiterbildungen der vorliegenden Erfindung sind in den abhängigen Patentansprüchen, in der Beschreibung und in den Figuren offenbart.
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Die erfindungsgemäße Zylinderkopfeinrichtung ist für eine Verbrennungskraftmaschine mit Ventilabschaltung ausgestaltet. Mit einer solchen Ventilabschaltung können insbesondere Auslassventile von Zylindern der Verbrennungskraftmaschine abgeschaltet werden bzw. abschaltbar sein, etwa in einem Schubbetrieb eines mit der Verbrennungskraftmaschine ausgestatteten Kraftfahrzeugs. Die Zylinderkopfeinrichtung weist eine in einer Längsrichtung längserstreckte Führung für wenigstens eine als Flachstab ausgestaltete Schubleiste oder Schubstange auf. Eine solche Schubleiste kann zum Übertragen einer Schaltkraft von einem Aktuator zu einem schaltbaren Schlepphebel im bestimmungsgemäßen Betrieb der Verbrennungskraftmaschine dienen. Die Längsrichtung kann hier parallel zu einer Längsachse einer Nockenwelle der Verbrennungskraftmaschine verlaufen. Insbesondere kann sich die Führung in dieser Längsrichtung über mehrere Zylinder oder Zylinderbereiche erstrecken.
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In eine Bodenseite bzw. Bodenfläche der Führung ist eine in der Längsrichtung verlaufende und längserstreckte nutartige Vertiefung eingebracht. Beispielsweise kann diese nutartige Vertiefung gefräst sein. Die Vertiefung erstreckt sich dabei in der Längsrichtung über die gesamte Länge der Bodenfläche der Führung. Somit verbleibt in einer senkrecht zu der Längsrichtung in der Ebene der Bodenfläche - und damit parallel zur bestimmungsgemäßen Bewegungsebene der Schubleiste - erstreckten Querrichtung neben der Vertiefung wenigstens eine Führungs- bzw. Auflage- oder Anlagefläche für die Schubleiste. Es kann also eine Unterseite der Schubleiste, die insbesondere eine der beiden größten Außenflächen der Schubleiste sein kann, in bestimmungsgemäßer Einbaulage an oder auf der Anlagefläche aufliegen - gegebenenfalls lediglich durch einen Ölfilm zur Schmierung separiert. Ein Boden der Vertiefung ist relativ zu der Anlagefläche senkrecht zu deren Ebene, also in bestimmungsgemäßer Einbaulage auch senkrecht zur Haupterstreckungsebene der Schubleiste, vom Mittelpunkt der Führung weg zurückgenommen oder zurückversetzt. Dadurch kann bei bestimmungsgemäßer Anordnung oder Führung der Schubleiste in der Führung die Schubleiste zwar in Kontakt mit der wenigstens einen Anlagefläche stehen oder kommen, es wird aber ein Kontakt der Schubleiste mit dem Boden der Vertiefung vermieden.
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Durch die erfindungsgemäß vorgesehene nutartige Vertiefung in der Führung bildet die neben der Vertiefung verbleibende Anlagefläche den einzig verbleibenden Teil der ursprünglichen Bodenfläche der Führung, während sich der Boden der Vertiefung parallel dazu auf einem tieferen Höhenniveau befindet. Die Schubleiste bzw. eine untere Schubleiste, sofern mehrere übereinander angeordnete Schubleisten verwendet werden, kann in bestimmungsgemäßer Einbau- und Betriebslage also schwerkraftbedingt auf der Anlagefläche aufliegen, wobei dann ein Abstand zwischen der untersten, also der Bodenfläche der Führung zugewandten, Schubleiste und dem Boden der Vertiefung gegeben ist. Die Führung kann also im Querschnitt ein abgestuftes Profil mit einem ersten Höhenniveau, auf dem sich die wenigstens eine Anlagefläche befindet und einem demgegenüber zurückgenommenen oder zurückversetzten zweiten Höhenniveau, auf dem sich der Boden der Vertiefung befindet, aufweisen.
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Durch die Vertiefung wird also die effektive bzw. wirksame Kontaktfläche zwischen der Führung und der Schubleiste reduziert, nämlich um die Größe oder Fläche der Vertiefung. Durch diese Reduzierung der Kontaktfläche kann im bestimmungsgemäßen Betrieb ein Einfluss einer Reibung zwischen der Führung und der Schubleiste bzw. ein Einfluss einer variablen oder situationsabhängigen Viskosität des zwischen der Führung und der Schubleiste befindlichen Öls entsprechend der Flächenreduzierung ebenfalls verringert werden. Dadurch kann eine sich in unterschiedlichen Situationen, unter unterschiedlichen Bedingungen oder im Laufe der Zeit ergebende Variation oder Varianz im Bewegungs- oder Schaltverhalten der Schubleiste bzw. eines entsprechenden Ventilabschaltungssystems, also in einer entsprechenden Schaltzeit ebenfalls verringert werden. Damit kann auch eine Schaltzeit, die für ein sicheres Schalten zugrundegelegt bzw. angenommen werden muss, im Vergleich zu bisherigen Lösungen verkürzt sein bzw. werden. Durch eine derart optimierte Schaltzeit kann ein präziseres und konsistenteres Schalten des Schlepphebels, also der Ventilabschaltung erreicht werden. Damit kann das Potenzial der Ventilabschaltung zur Effizienzverbesserung der Verbrennungskraftmaschine besser, also in größerem Umfang ausgeschöpft werden als bei herkömmlichen Ventilabschaltungssystemen, bei denen die Führung beispielsweise einen rechteckigen Querschnitt hat, sodass die Schubleiste über die gesamte Bodenfläche der Führung aufliegt. Somit kann durch die vorliegende Erfindung beispielsweise auch eine Nutzung der Ventilabschaltung bis zu höheren Drehzahlen als mit herkömmlichen Ventilabschaltungssystemen ermöglicht werden.
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Dies kann gemäß der vorliegenden Erfindung durch eine vergleichsweise einfache und unaufwändige konstruktive Maßnahme bzw. einen entsprechend einfachen Fertigungsschritt realisiert werden. Da die Führung und hier auch die darin eingebrachte zusätzliche nutartige Vertiefung in der Längsrichtung, also parallel zu der Nockenwelle verläuft, kann sowohl die Führung als auch die Vertiefung besonders aufwandsarm mit herkömmlichen Methoden und Maschinen erzeugt werden. Insbesondere können die Führung und die Vertiefung an ihren Enden in Längsrichtung offen sein, sodass besonders einfach und aufwandsarm eine gleichmäßige Form bzw. Höhe der Führung und der Vertiefung über die gesamte Länge der Führung bzw. der Vertiefung erreicht werden kann. Insbesondere wird beispielsweise die Problematik vermieden, dass eine kreisförmige Frässcheibe mit senkrecht zu der Längsrichtung angeordneter Haupterstreckungsfläche in die Führung geführt werden müsste, um eine in Querrichtung verlaufende Vertiefung oder Aussparung zu erzeugen und dabei unbeabsichtigt in Kontakt mit umgebenden Bereichen oder Bauteilen kommen kann oder tiefer als letztlich für der Reibungsminimierung notwendig in den Zylinderkopf eintauchen muss. Durch die hier vorgeschlagene konstruktive Ausgestaltung der Führung durch die zusätzliche nutartige Vertiefung zur Reduzierung der Anlagefläche bzw. der Reibung beim Schalten bzw. Aktuieren der Schubleiste können unter verschiedensten Bedingungen die entsprechenden positiven Effekte für die Schaltzeit erreicht werden, insbesondere ohne zusätzlichen Mess- oder Steueraufwand. Dies ist vor dem Hintergrund zu sehen, dass grundsätzlich ein alternativer Ansatz darin bestehen könnte, eine detaillierte und räumlich hochaufgelöste Temperatur- und Zustandsüberwachung in der Verbrennungskraftmaschine mit einer entsprechend angepassten ausgleichenden Steuerung des Aktuators vorzusehen. Dies ist in der Praxis jedoch nicht mit vertretbarem Aufwand realisierbar.
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In einer möglichen Ausgestaltung der vorliegenden Erfindung ist zumindest ein Großteil der Führung als Ausnehmung von einer Oberseite der Zylinderkopfeinrichtung in Richtung einer Zylinderseite ausgestaltet. Mit anderen Worten ist die Führung also in den Zylinderkopf eingelassen bzw. als Graben in dem Zylinderkopf ausgestaltet. Dabei kann die Höhe der Führung senkrecht zur Bodenfläche der Führung wenigstens der entsprechenden Dicke oder Höhe der Schubleiste bzw. aller vorgesehenen Schubleisten einschließlich eines eventuell zwischen diesen vorgesehenen Abstands entsprechen. Damit kann also letztlich erreicht werden, dass die Schubleiste bzw. alle Schubleisten senkrecht zu deren Bewegungs- bzw. Haupterstreckungsebene, also senkrecht zur Bodenfläche der Führung, nicht über eine Oberkante der Ausnehmung hinausragt bzw. hinausragen. Alle Schubleisten können somit also vollständig in das Bauteil, in dem die Führung ausgebildet ist, versenkt oder eingelassen angeordnet werden. Dies wiederum ermöglicht einen besonders kompakten Aufbau und eine besonders einfache Fertigung der Verbrennungskraftmaschine und kann eine Robustheit des Ventilabschaltsystems bzw. Schlepphebelschaltsystems verbessern. So kann die Führung beispielsweise durch einfaches Befestigen eines entsprechenden Bauteils auf einer der Zylinderseite gegenüberliegenden Oberseite der Zylinderkopfeinrichtung abgedeckt werden, ohne dass dort Rücksicht auf eine hervorstehende Schubleiste genommen werden müsste. Ebenso kann die Schubleiste durch Seitenwände der Führung bzw. der Ausnehmung eingefasst und somit vor Kontakten mit anderen Bauteilen, Maschinen oder Werkzeugen und entsprechender Beschädigung geschützt sein.
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In einer weiteren möglichen Ausgestaltung der vorliegenden Erfindung ist die Führung zumindest bereichsweise durch ein Deckelelement abgedeckt. An oder in einer der Führung zugewandten und sich parallel zu der Bodenfläche der Führung erstreckenden Unterseite des Deckelelements ist dann - analog zu der Bodenfläche der Führung - ebenfalls eine nutartige Vertiefung ausgebildet, neben der als Teil der Unterseite des Deckelelements mindestens eine obere Anlagefläche für die oder eine weitere, also die oberste Schubleiste verbleibt. Die in der Unterseite des Deckelelements ausgebildete Vertiefung kann hier auch als obere Vertiefung bezeichnet werden, während die in der Bodenfläche der Führung ausgebildete Vertiefung als untere Vertiefung bezeichnet werden kann. Durch die hier vorgesehene zusätzliche obere Vertiefung ist dann also senkrecht zu der bestimmungsgemäßen Bewegungs- bzw. Haupterstreckungsebene der Schubleiste betrachtet die Schubleiste auf beiden Seiten, also sowohl oben als auch unten, durch im Vergleich zur Gesamtbreite der Führung reduzierte Anlageflächen geführt. Damit kann also im bestimmungsgemäßen Betrieb die dem Deckelelement zugewandte Oberseite der obersten Schubleiste nur mit der oberen Anlagefläche und nicht mit einem relativ dazu von der Führung weg zurückgenommenen oder zurückversetzten Boden der Vertiefung des Deckelelements in Kontakt kommen. Somit wird also die zumindest potenzielle Anlage- oder Kontaktfläche von Führung und Schubleiste weiter reduziert. Dadurch kann eine weitere Verbesserung des Schaltverhaltens, insbesondere eine weiter verringerte Varianz der Schaltzeiten für die Ventilabschaltung, erreicht werden. Dabei ist je nach Bedarf oder sonstigen Anforderungen, beispielsweise an eine Stabilität des Deckelelements oder dergleichen, eine symmetrische, also gleiche oder unterschiedliche Ausgestaltung der oberen Vertiefung und der unteren Vertiefung möglich. So kann beispielsweise durch eine im Vergleich zu der unteren Vertiefung kleinere, also in der Querrichtung schmalere, Ausgestaltung der oberen Vertiefung gegebenenfalls eine Beeinträchtigung der Stabilität oder Steifigkeit des Deckelelements ohne zusätzlichen Materialeinsatz oder Bauraumbedarf begrenzt oder verringert werden.
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Im Zusammenhang mit weiteren Ausgestaltungen der vorliegenden Erfindung erläuterte Ausgestaltungen, Anordnungen und/oder Eigenschaften der nutartigen Vertiefung oder nutartigen Vertiefungen können sich jeweils - soweit nicht anders angegeben - auf die in die Bodenfläche der Führung eingebrachte untere Vertiefung, auf die in dem Deckelelement ausgebildete obere Vertiefung oder auf beide Vertiefungen beziehen, also diese beschreiben.
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In einer weiteren möglichen Ausgestaltung der vorliegenden Erfindung erstreckt sich die Vertiefung, also die untere Vertiefung und/oder die obere Vertiefung, in der Querrichtung über einen Großteil der Breite der Führung. Mit anderen Worten kann also die Breite der Vertiefung in der Querrichtung größer als die Breite der verbleibenden Anlagefläche oder Anlageflächen bzw. Anlageflächenbereiche sein. Dadurch kann eine besonders effektive Reduzierung der Reibungseinflüsse erreicht werden. Gleichzeitig hat sich gezeigt, dass auch mit einer derart reduzierten Anlagefläche die wenigstens eine Schubleiste weiterhin zuverlässig in der Führung gehalten bzw. geführt werden kann.
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In einer weiteren möglichen Ausgestaltung der vorliegenden Erfindung nimmt die Vertiefung, also die untere Vertiefung und/oder die obere Vertiefung, einen in der Querrichtung mittigen Bereich der Führung ein. In der Querrichtung verbleibt dann zu beiden Seiten der jeweiligen Vertiefung ein Teilbereich der jeweiligen Anlagefläche. Mit anderen Worten sind dann also an beiden Außenrändern der Führung in Längsrichtung der Führung erstreckte, also beispielweise bandartige oder streifenförmige, Anlageflächenbereiche angeordnet. Somit kann die Schubleiste an beiden in der Querrichtung durch einen mittigen Bereich oder Teil der Schubleiste voneinander beabstandeten in der Längsrichtung längserstreckten Randstreifen oder Randbereichen auf jeweils einem der Anlageflächenbereiche aufliegen. Der mittige Bereich oder Teil der Schubleiste kann sich dann in bestimmungsgemäßer Einbaulage über die jeweilige Vertiefung hinweg erstrecken, also diese überdecken. Durch die hier vorgeschlagene Ausgestaltung kann ein Kippen der Schubleiste um deren Längsachse, etwa im Vergleich zu einer zwar gleichgroßen, aber mittig oder zentral in der Führung angeordneten Anlagefläche mit beispielsweise zu beiden Seiten davon angeordneten Vertiefungen, besonders zuverlässig vermieden werden. Dadurch kann ebenfalls eine weiter verbesserte Robustheit und Konsistenz im Schaltverhalten bzw. in der Bewegung der Stromschiene erreicht werden.
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In einer möglichen Weiterbildung der vorliegenden Erfindung sind die jeweilige Vertiefung, die obere und/oder die untere Vertiefung, und die jeweils zu beiden Seiten davon angeordneten Teilbereiche der Anlagefläche symmetrisch bezüglich einer in der Längsrichtung erstreckten Mittelängsachse der Führung ausgestaltet. Mit anderen Worten sind also die Anlageflächenbereiche auf beiden Seiten der jeweiligen Vertiefung in der Querrichtung gleich breit. Diese beiden Teilbereiche der jeweiligen Anlagefläche können also insbesondere gleich groß sein. Dadurch kann eine entsprechend symmetrische Verteilung des Reibwiderstands oder der Reibeffekte und dadurch eine besonders gleichmäßige, ruckfreie Bewegung der Schubleiste unterstützt und ein Verkippen oder Verkannten der Schubleiste in deren bestimmungsgemäßer Bewegungs- bzw. Haupterstreckungsebene vermieden oder reduziert werden. Dies kann zu einer weiter verbesserten Robustheit und Konsistenz des Schaltverhaltens bzw. der Bewegung der Schubleiste beitragen.
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In einer weiteren möglichen Ausgestaltung der vorliegenden Erfindung ist die Führung in ihren einander in der Längsrichtung gegenüberliegenden Endbereichen in der Querrichtung schmaler ausgestaltet als in wenigstens einem oder dem gesamten dazwischenliegenden Bereich. Mit anderen Worten kann die Führung also eine über ihre Länge hinweg variierende Breite aufweisen, die end- oder außenseitig geringer und in einem oder mehreren mittigen Bereichen oder Abschnitten größer sein kann. Dadurch kann bei einer Bewegung oder Verschiebung der Schubleiste in der Querrichtung erreicht werden, dass die Schubleiste nur in einem oder beiden entsprechend schmaleren Endbereichen der Führung mit Seitenwänden der Führung in Kontakt kommt, während die Schubleiste zwischen diesen Endbereichen, also in dem dazwischenliegenden Bereich von Seitenwänden der Führung beabstandet bleiben kann. Dadurch kann eine weitere Reduzierung der Kontaktfläche zwischen der Führung und der Schubleiste und somit eine entsprechende Reduzierung von Reibeinflüssen erreicht werden. Eine solche Ausgestaltung der Führung kann ebenfalls besonders einfach und aufwandsarm gefertigt oder erzeugt werden und damit besonders effizient zu einer weiter verbesserten Robustheit und Konsistenz im Bewegungs- oder Schaltverhalten, also in der Aktuierung der Schubleiste beitragen.
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Zusätzlich oder alternativ kann ebenso eine Schubleiste verwendet werden, die in der Querrichtung an ihren in der Längsrichtung außenliegenden Endbereichen breiter als in wenigstens einem oder dem gesamten dazwischenliegenden mittleren Bereich ist. Beispielsweise kann die Schubleiste eine Taille oder Taillierung, also in Draufsicht senkrecht zu ihrer Haupterstreckungsebene betrachtet eine taillierte Form aufweisen. Dadurch kann - auch bei über die gesamte Länge konstanter Breite der Führung bzw. zumindest im Wesentlichen unabhängig von der Form der Führung - eine Kontaktfläche und damit ein Einfluss einer Reibung zwischen der Schubleiste und der Führung weiter reduziert werden. Dabei kann nicht nur die Kontaktfläche der Schubleiste zu Seitenwänden der Führung, sondern auch zu der Bodenfläche und/oder einer dieser gegenüberliegenden Deckengfläche der Führung bzw. der entsprechenden Anlagefläche reduziert werden. Zudem kann auf diese Weise die Masse der Schubleiste reduziert und damit gegebenenfalls eine einfachere oder schnellere Bewegung der Schubleiste und/oder eine entsprechend reduzierte Auslegung des Aktuators für die Ventilabschaltung, also zum Bewegen der Schubleiste ermöglicht werden. Insgesamt kann somit auf besonders einfache und aufwandsarme Weise die erläuterte Reibungsproblematik bzw. die dadurch bedingte Varianz der Schaltzeiten weiter entschärft werden.
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Ein weiterer Aspekt der vorliegenden Erfindung ist eine Verbrennungskraftmaschine, insbesondere für ein Kraftfahrzeug. Die erfindungsgemäße Verbrennungskraftmaschine weist wenigstens einen Zylinder mit einem Ventil, an dem ein schaltbarer Schaltschlepphebel angeordnet ist, eine erfindungsgemäße Zylinderkopfeinrichtung, wenigstens eine darin geführte Schubleiste und einen damit gekoppelten Aktuator zum Bewegen der Schubleiste zum Schalten des Schaltschlepphebels bzw. eines Schalt- oder Verriegelungsbolzens der Schaltschlepphebels auf. Die wenigstens eine Schubleiste kann insbesondere mit dem Schaltschlepphebel oder mehreren Schaltschlepphebeln bzw. deren Schaltbolzen über ein jeweiliges Koppel- oder Verbindungselement, wie etwa eine Blattfeder oder dergleichen, verbunden sein. Ebenso kann die erfindungsgemäße Verbrennungskraftmaschine weitere übliche Bauteile umfassen. Die in der wenigstens einen Führung der Zylinderkopfeinrichtung geführte wenigstens eine Schubleiste kann insbesondere als Flachstab ausgestaltet sein. Die Schubleiste kann, beispielsweise abhängig von der im jeweiligen Anwendungsfall verwendeten Ausgestaltung der Führung, eine gerade oder einseitig oder beidseitig taillierte Form aufweisen. Die erfindungsgemäße Verbrennungskraftmaschine kann insbesondere die im Zusammenhang mit der erfindungsgemäßen Zylinderkopfeinrichtung genannte Verbrennungskraftmaschine sein oder dieser entsprechen. Dementsprechend kann die erfindungsgemäße Verbrennungskraftmaschine einige oder alle der im Zusammenhang mit der erfindungsgemäßen Zylinderkopfeinrichtung genannten Eigenschaften und/oder Merkmale aufweisen.
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In einer weiteren möglichen Ausgestaltung der vorliegenden Erfindung weist die erfindungsgemäße Verbrennungskraftmaschine mehrere Zylinder auf. In der Führung der Zylinderkopfeinrichtung sind dann zwei Schubleisten übereinander geführt. Die Schubleisten können also mit zueinander parallelen Haupterstreckungsebenen und einander ganz oder teilweise überlappendend oder überdeckend angeordnet sein. Die zwei Schubleisten sind dabei mit den Schaltschlepphebeln verschiedener Zylinder gekoppelt. Insbesondere kann jede der beiden Schubleisten mit jeweils der Hälfte der Zylinder bzw. deren Schaltschlepphebeln gekoppelt sein, wobei jeder Zylinder oder Schaltschlepphebel insbesondere nur mit einer der beiden Schubleisten gekoppelt ist. Durch diese Begrenzung der mit jeder der Schubleisten schaltbaren Schaltschlepphebel kann eine Ventilabschaltung vergleichsweise aufwandsarm und zuverlässig für relativ kurze Schaltfenster realisiert werden.
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Ein weiterer Aspekt der vorliegenden Erfindung ist ein Kraftfahrzeug, das eine erfindungsgemäße Verbrennungskraftmaschine aufweist. Das erfindungsgemäße Kraftfahrzeug kann insbesondere das im Zusammenhang mit der erfindungsgemäßen Zylinderkopfeinrichtung oder der erfindungsgemäßen Verbrennungskraftmaschine genannte Kraftfahrzeug sein oder diesem entsprechen.
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Weitere Merkmale der Erfindung können sich aus den Ansprüchen, den Figuren und der Figurenbeschreibung ergeben. Die vorstehend in der Beschreibung genannten Merkmale und Merkmalskombinationen sowie die nachfolgend in der Figurenbeschreibung und/oder in den Figuren allein gezeigten Merkmale und Merkmalskombinationen sind nicht nur in der jeweils angegebenen Kombination, sondern auch in anderen Kombinationen oder in Alleinstellung verwendbar, ohne den Rahmen der Erfindung zu verlassen.
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Die Zeichnung zeigt in:
- 1 eine ausschnittweise schematische Perspektivdarstellung einer herkömmlichen Verbrennungskraftmaschine mit einer Führung für eine Schubleiste eines Schlepphebelschaltsystems nach dem Stand der Technik;
- 2 eine ausschnittweise schematische Perspektivdarstellung einer Verbrennungskraftmaschine mit einer verbesserten Führung für eine Schubleiste eines Schlepphebelschaltsystems;
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In den Figuren sind gleiche und funktionsgleiche Elemente mit den gleichen Bezugszeichen versehen.
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1 zeigt eine ausschnittweise schematische Perspektivdarstellung einer Verbrennungskraftmaschine 1, beispielsweise für ein Kraftfahrzeug. In einem unteren Teil ist hier ein Zylinderkopf 2 dargestellt, dessen Zylinderkopfoberseite 3 teilweise sichtbar ist. Auf der Zylinderkopfoberseite 3 ist ein Oberteil 4 angeordnet. Bei dem Oberteil 4 kann es sich beispielsweise um zumindest einen Teil eines Nockenwellenlagers der Verbrennungskraftmaschine 1 oder dergleichen handeln.
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In dem Zylinderkopf 2 bzw. zwischen dem Zylinderkopf 2 und dem Oberteil 4 ist hier eine Ausnehmung als Führung 5 für eine Schaltstange eines Ventilabschaltungssystems der Verbrennungskraftmaschine 1 realisiert.
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Zur Orientierung sind hier eine Längsrichtung 6 und eine Querrichtung 7 der Führung 5 angedeutet. Die Längsrichtung 6 kann einer Bewegungsrichtung der Schaltstange bei der Ventilabschaltung, also beispielweise zum Schalten wenigstens eines Schaltschlepphebels entsprechen.
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Durch die perspektivische Darstellung ist hier eine Bodenfläche 8 der Führung 5 erkennbar. Die Bodenfläche 8 begrenzt die Führung 5 hier nach unten hin, also auf einer Zylinderseite bzw. einer Zylindern der Verbrennungskraftmaschine 1 zugewandten Unterseite der Führung 5. Die Bodenfläche 8 ist dabei über die gesamte Fläche der Führung 5 hinweg als einheitliche durchgängige Anlagefläche für die hier der Übersichtlichkeit halber nicht dargestellte Schaltstange ausgestaltet. Dadurch ergibt sich ein entsprechend großflächiger Kontakt, was zu nachteiligen Reib- und Viskositätseffekten bzw. entsprechenden unerwünschten Einflüssen erreichbare Schaltzeiten für die Ventilabschaltung führen kann. So ist durch die hier gegebene maximale Größe der als Anlagefläche für die Schaltstange dienenden Bodenfläche 8 im bestimmungsgemäßen Betrieb eine entsprechend große mit ölbenetzte Fläche vorhanden. Beispielsweise aufgrund variabler Ölviskosität bei unterschiedlichen Temperaturen, einer die Eigenschaften des Öls im Laufe der Zeit verändernden Ölalterung, einem variierenden Kondenswasseranteil im Öl, unterschiedlicher verwendbarer Ölsorten oder Ölsortengemische und dergleichen mehr können sich zu verschiedenen Zeiten bzw. unter verschiedenen Bedingungen signifikante Reibungsunterschiede der Schubstange an der Führung, insbesondere der Bodenfläche 8, ergeben. Dies kann zu entsprechend unterschiedlichen Schaltverhalten und Schaltzeiten für die Ventilabschaltung führen. Somit ist also die Steuerbarkeit und Kontrollierbarkeit der Ventilabschaltung und damit auch deren Anwendbarkeit und Nutzen begrenzt.
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Diese Problematik kann jedoch zumindest teilweise gelöst, also abgemildert werden. Dazu zeigt 2 eine ausschnittweise schematische Perspektivdarstellung der Verbrennungskraftmaschine 1 mit einer verbesserten Ausgestaltung der Führung 5. Auch hier ist die Führung 5 zumindest teilweise als Ausnehmung in dem Zylinderkopf 2 bzw. zwischen dem Zylinderkopf 2 und dem Oberteil 4 angeordnet, wobei ebenfalls die Längsrichtung 6 und die Querrichtung 7 angedeutet sind. Durch die perspektivische Darstellung ist hier die Bodenfläche 8 der Führung 5 nicht als Fläche erkennbar. Im Gegenzug ist hier jedoch eine der Bodenfläche 8 gegenüberliegende und parallel zu dieser verlaufende obere Anlagefläche 9 zumindest teilweise erkennbar. Die obere Anlagefläche 9 ist gebildet durch einen Teil einer der Führung 5 zugewandten Unterseite des Oberteils 4 im Bereich der Führung 5.
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Die als untere Anlagefläche fungierende Bodenfläche 8 und die obere Anlagefläche 9 erstrecken sich hier - anders als in der in 1 gezeigten herkömmlichen Ausgestaltung - nicht über die gesamte Fläche der Führung 5, sondern nur als in der Längsrichtung 6 erstreckte Bänder oder Streifen an den Seitenrändern die bzw. in seitlichen Bereichen der Führung 5. Dazu ist hier in die Bodenfläche 8 eine mittige nutartige untere Vertiefung 10 eingebracht. Deren Boden, der hier als unterer Vertiefungsboden 11 bezeichnet wird, ist aufgrund der perspektivischen Darstellung nicht als Fläche erkennbar, erstreckt sich jedoch in der Längsrichtung 6 parallel zu der Bodenfläche 8 und der oberen Anlagefläche 9 über deren gesamte Länge. Analog dazu ist in die obere Anlagefläche 9 eine obere Vertiefung 12 eingebracht. Eine Fläche dieser oberen Vertiefung 12, die hier als oberer Vertiefungsboden 13 bezeichnet wird, ist somit im Vergleich zu der oberen Anlagefläche 9 von der Führung 5 bzw. deren Mittelpunkt oder Mittelebene weg zurückversetzt.
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Durch die hier gezeigte Ausgestaltung der Führung 5 dienen nur noch die verbleibenden Bereiche der Bodenfläche 8 und der oberen Anlagefläche 9 als Anlage- oder Kontaktflächen für eine, insbesondere als Flachstab ausgestaltete, Schubstange. Dadurch können Reibungsverluste und Viskositätseffekte reduziert und eine robustere und konsistentere Bewegung einer entsprechenden Schaltstange bzw. Schubleiste 14, 15 (siehe 3, 4) für die Ventilabschaltung erreicht werden.
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Zur weiteren Veranschaulichung zeigt 3 eine ausschnittweise schematische Perspektivdarstellung der Verbrennungskraftmaschine 1 mit der bereits im Zusammenhang mit 2 erläuterten verbesserten Führung 5. Hier sind in der Führung 5 zwei Schaltstangen, für die Ventilabschaltung, nämlich eine untere Schubleiste 14 und eine obere Schubleiste 15, angeordnet. Aufgrund der perspektivischen Darstellung ist hier eine Kontaktunterseite 16 der unteren Schubleiste 14 erkennbar. Diese Kontaktunterseite 16 liegt in ihren Seitenbereichen entlang der Längsrichtung 6 auf den beiden Teilen der Bodenfläche 8 auf und überspannt die untere Vertiefung 10, sodass stets ein Abstand zwischen der Kontaktunterseite 16 und dem unteren Vertiefungsboden 11 gegeben ist.
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Analog dazu kann die obere Schubleiste 15 an den beiden Teilen der hier nicht erkennbaren oberen Anlagefläche 9 geführt werden, wobei stets ein Abstand zwischen der oberen Schubleiste 15 und dem oberen Vertiefungsboden 13 gegeben ist.
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Zur weiteren Veranschaulichung zeigt 4 eine weitere ausschnittweise schematische Perspektivdarstellung der Verbrennungskraftmaschine 1. Hier sind ebenfalls die in der Führung 5 angeordneten Schubleisten 14, 15 teilweise dargestellt, wobei aufgrund der perspektivischen Darstellung eine, hier als Kontaktoberseite 17 bezeichnete, dem Oberteil 4 zugewandte Oberseite der oberen Schubleiste 15 erkennbar ist.
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Weiter ist ein Verbindungselement 18 teilweise erkennbar, das vorliegend als Verbindung oder Kopplung der oberen Schubleiste 15 mit einem hier nicht erkennbaren Schaltschlepphebel fungiert. Das Verbindungselement 18 kann dazu an der oberen Schubleiste 15 befestigt, beispielsweise mit dieser verschweißt sein. Bei dem Verbindungselement 18 kann es sich etwa um eine Blattfeder oder dergleichen handeln.
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Die Führung 5 ist hier nicht durchgängig gestaltet, sondern weist mehrere in der Längsrichtung 6 voneinander beabstandete Führungsbereiche auf. An einem Ende ist ein solcher Führungsbereich als Endführungsbereich 19 erkennbar, während in einem mittigen Bereich der Schubleisten 14, 15 ein solcher Führungsbereich als Mittelführungsbereich 20 erkennbar ist. In dem Endführungsbereich 19 und in dem Mittelführungsbereich 20 sind die Schubleisten 14, 15 durch - zumindest im Wesentlichen senkrecht zu der Bodenfläche 8 der Führung 5 erstreckte - Seitenführungsflächen 21 der Führung 5 eingefasst. In entsprechender Fortsetzung entlang der Längsrichtung 6 können weitere derartige Führungsbereiche 19, 20 angeordnet sein.
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Es kann beispielsweise vorgesehen sein, dass die Breite der Führung 5 in dem Endführungsbereich 19 geringer ist als in dem Mittelführungsbereich 20. Dadurch kann in dem Mittelführungsbereich 20 ein Kontakt der Schubleisten 14, 15 zu den Seitenführungsflächen 21 verhindert oder verringert werden. Ebenso können der Endführungsbereich 19 und der Mittelführungsbereich 20 jedoch die gleiche Breite, also die gleiche Ausdehnung oder lichte Weite in der Querrichtung 7 aufweisen.
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Im hier dargestellten Beispiel weisen die Schubleisten 14, 15 an ihren Endbereichen 22, die in dem Endführungsbereich 19 geführt werden bzw. angeordnet sind, in der Querrichtung 7 eine größere Breite auf als in einem mittigen Bereich, der sich in der Längsrichtung 6 auf Höhe des Mittelführungsbereichs 20 erstreckt. Dazu weisen die Schubleisten 14, 15 dort eine zumindest einseitige Taillierung 23 auf. Dadurch kann erreicht werden, dass die Schubleisten 14, 15 nur mit den Seitenführungsflächen 21 in dem Endführungsbereich 19, sowie gegebenenfalls einem entsprechenden zweiten bzw. gegenüberliegenden Endführungsbereichs 19 am anderen Längsende der Führung 5 bzw. der Schubleisten 14, 15, in Kontakt kommen und einen Kontakt mit den Seitenführungsflächen 21 in dem wenigstens einen Mittelführungsbereich 20 zur Reibungsreduzierung vermeiden.
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Insgesamt zeigen die beschriebenen Beispiele wie eine Reibungsreduzierung an Führungsnuten für Schub- oder Schaltstangen eines Ventilabschaltungssystems eines Verbrennungsmotors mit abschaltbaren Schaltschlepphebeln realisiert werden kann.
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Bezugszeichenliste
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- 1
- Verbrennungskraftmaschine
- 2
- Zylinderkopf
- 3
- Zylinderkopfoberseite
- 4
- Oberteil
- 5
- Führung
- 6
- Längsrichtung
- 7
- Querrichtung
- 8
- Bodenfläche
- 9
- obere Anlagefläche
- 10
- untere Vertiefung
- 11
- unterer Vertiefungsboden
- 12
- obere Vertiefung
- 13
- oberer Vertiefungsboden
- 14
- untere Schubleiste
- 15
- obere Schubleiste
- 16
- Kontaktunterseite
- 17
- Kontaktoberseite
- 18
- Verbindungselement
- 19
- Endführungsbereich
- 20
- Mittelführungsbereich
- 21
- Seitenführungsfläche
- 22
- Endbereich
- 23
- Taillierung
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ZITATE ENTHALTEN IN DER BESCHREIBUNG
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Zitierte Patentliteratur
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- DE 102018117335 A1 [0003]
- DE 102018125978 A1 [0004]
