DE10349902A1

DE10349902A1 - Ventiltrieb einer Brennkraftmaschine mit mindestens einer Nockenwelle

Info

Publication number: DE10349902A1
Application number: DE2003149902
Authority: DE
Inventors: Stefan Dengler
Original assignee: Audi AG
Current assignee: Audi AG
Priority date: 2003-10-25
Filing date: 2003-10-25
Publication date: 2005-06-23

Abstract

Die Erfindung betrifft einen Ventiltrieb einer Brennkraftmaschine mit mindestens einer Nockenwelle, auf der axial verschiebbare Nockenstücke angeordnet sind. Die Verbindung zwischen der Nockenwelle und den Nockenstücken erfolgt durch eine Verzahnung, die als mehrgängiges Steilgewinde ausgeführt ist. DOLLAR A Zudem ist ein Verfahren zum Betrieb des Ventiltriebs angegeben.

Description

Die Erfindung betrifft den Ventiltrieb einer Brennkraftmaschine mit mindestens einer Nockenwelle gemäß dem Oberbegriff des Patentanspruches 1 sowie ein Verfahren zum Betrieb des Ventiltriebs.
Zur Verbesserung der thermodynamischen Eigenschaften von Brennkraftmaschinen sind mechanische Vorrichtungen bekannt, die das Arbeitsspiel des Ventiltriebes beeinflussen und beispielsweise eine drehzahlabhängige Veränderung der Öffnungszeiten oder des Hubes der Gaswechselventile ermöglichen.

Aus der Druckschrift DE 42 30 877 ist eine derartige Vorrichtung bekannt, bei der ein Nockenstück drehfest und axial verschiebbar auf einer Grundnockenwelle angeordnet ist. Das Nockenstück besteht dabei aus einem rohrförmigen Träger, auf dem mindestens ein Nocken angeordnet ist, bei dem aus einem gemeinsamen Grundkreis axial versetzt mehrere unterschiedliche Nockenlaufbahnen hervorgehen. Durch das axiale Verschieben des Nockenstückes auf der Grundnockenwelle wird ein Gaswechselventil durch die unterschiedlich geformten Nockenlaufbahnen betätigt, wobei sich die Nockenlaufbahnen in der Hubkontur und/oder in der Phasenlage unterscheiden können.

Aus der Druckschrift DE 101 48 243 ist eine Weiderbildung dieser Vorrichtung beschrieben, wobei offenbart ist, dass die Grundnockenwelle und das Nockenstück durch eine axial verlaufende Vielzahl-Verzahnung miteinander verbunden sind, wobei die Nockenwelle eine Außenverzahnung und das Nockenstück eine Innenverzahnung aufweisen.

Zudem ist in der Druckschrift beschrieben, dass auf dem Nockenstück zum Betätigen zweier einlassseitigen Gaswechselventile eines Zylinders zwei Nocken angeordnet sind, wobei die zwei Nocken jeweils zwei Kurvenbahnen aufweisen.

Der Erfindung liegt die Aufgabe zugrunde einen Ventiltrieb einer Brennkraftmaschine gemäß dem Oberbegriff des Patentanspruches 1 anzugeben, bei dem die Außenverzahnung der Nockenwelle besonders vorteilhaft ausgebildet ist.

Diese Aufgabe wird erfindungsgemäß durch das Merkmal in den Kennzeichen des Patentanspruchs 1 sowie durch das Verfahren zum Betrieb des Ventiltriebs nach Patentanspruch 3 gelöst.

Demnach ist die Außenverzahnung der mindestens einen Nockenwelle als Steilgewinde ausgebildet. Entsprechend ist die Innenverzahnung des mindestens einen Nockenstücks ebenfalls als Steilgewinde ausgebildet.

Die als Steilgewinde ausgeführte Verzahnung bewirkt, dass beim axialen Verschieben des mindestens einen Nockenstücks zugleich ein radiales Verdrehen des Nockenstücks bewirkt wird, wodurch die Phasenlage der Nockenlaufbahnen verändert wird.

In einer vorteilhaften Weiterbildung der Erfindung ist vorgesehen, dass die Verzahnung als mehrgängiges Steilgewinde ausgeführt ist.

Verfahrensgemäß wird durch die mindestens zwei unterschiedlichen Nockenlaufbahnen des mindestens einen Nockens ein Gaswechselventil auf unterschiedliche Weise betätigt.

Dabei wird durch das axiale Verschieben des mindestens einen Nockenstückes auf der mindestens einen Nockenwelle zwischen den mindestens zwei unterschiedlichen Nockenlaufbahnen gewechselt, die ein Gaswechselventil betätigen. Durch die als Steilgewinde ausgeführte Verzahnung wird mit dem axialen Verschieben des mindestens einen Nockenstückes zugleich die Phasenlage der Nockenlaufbahnen verändert. Dadurch kann neben dem Hub der Gaswechselventile auch der Zeitpunkt für das Öffnen und das Schließen eines Gaswechselventils beeinflusst werden.

Durch den erfindungsgemäßen Ventiltrieb einer Brennkraftmaschine, bei dem die Verzahnung zwischen der Nockenwelle und dem Nockenstück als Steilgewinde ausgebildet ist, wird beim axialen Verschieben des Nockenstückes zeitgleich eine radiales verdrehen des Nockenstücks bewirkt, wodurch die Ventilsteuerzeiten beeinflusst werden können.

Im folgenden ist ein erfindungsgemäßer Ventiltrieb einer Brennkraftmaschine anhand von einem Ausführungsbeispiel im Zusammenhang mit zwei Figuren dargestellt und erläutert.
Es zeigen:
1 die Darstellung einer Nockenwelle und eines Nockenstücks, die zur Verzahnung ein Steilgewinde aufweisen,
2 die Darstellung der Position des Nockenstückes vor dem axialen Verschieben auf der Nockenwelle,
3 die Darstellung der Position des Nockenstückes nach dem axialen Verschieben auf der Nockenwelle.
Eine vierzylindrige Brennkraftmaschine mit zwei obenliegenden Nockenwellen zum Antrieb eines Kraftfahrzeuges ist mit einer Vorrichtung zum Verstellen des Hubes und der Öffnungszeiten der einlassseitigen Gaswechselventile ausgestattet. Die Vorrichtung besteht aus vier Nockenpakten, die auf der die einlassseitigen Gaswechselventile betätigenden Nockenwelle drehfest und axial verschiebbar angeordnet sind. Dabei ist jedes Nockenpaket genau einem Zylinder zugeordnet, wobei jeder Zylinder der Brennkraftmaschine einlassseitig zwei Gaswechselventile aufweist. Entsprechend sind auf jedem Nockenstück zwei Nocken ausgebildet, wobei jeder Nocken ein einlassseitiges Gaswechselventil betätigt.
Die die Drehfestigkeit bei gleichzeitiger axialer Verschiebbarkeit ermöglichende Verbindung zwischen der Nockenwelle und dem Nockenstück besteht in einer Verzahnung, die auf der Nockenwelle als Außenverzahnung und in dem Nockenstück als Innenverzahnung ausgebildet ist. Die Verzahnung ist dabei als mehrgängiges Steilgewinde ausgebildet.
Zum axialen Verschieben ist an beiden Seiten der Nockenstücke jeweils ein Schneckentrieb ausgebildet, in dem als Vertiefung eine Kurvenbahn ausgebildet ist. Die Kurvenbahnen der zwei Schneckentriebe eines Nockenstückes sind dabei zueinander spiegelbildlich ausgebildet, wodurch das axiale Verschieben des Nockenstückes in beide Richtung möglich ist.
Das axiale Verschieben der Nockenstücke erfolgt durch radial zur Nockenwelle angeordnete Stellglieder, die als elektromagnetische Ventile ausgebildet sind, und die jeweils aus einem Betätigungsstift und aus zwei Elektromagneten bestehen. Die Stellglieder sind fest mit dem Zylinderkopf der Brennkraftmaschine verbunden. Durch die Elektromagneten kann der Betätigungsstift ausgefahren und zurückgezogen werden. Im ausgefahrenen Zustand greift der Betätigungsstift in die die Kurvenbahn bildende Vertiefung eines Schneckentriebes, wobei das Nockenstück durch die Drehung der Nockenwelle beim Betrieb der Brennkraftmaschine axial verschoben wird.
Die zwei Nocken eines Nockenstückes weisen jeweils zwei Nockenlaufbahnen auf, eine Nockenlaufbahn für eine kleine Hubhöhe des Gaswechselventils und eine Nockenlaufbahn für eine große Hubhöhe des Gaswechselventils. Die Nockenlaufbahn mit der kleinen Hubhöhe wird bei Motordrehzahlen unterhalb 2500 Umdrehungen pro Minute geschaltet, die Nockenlaufbahn mit der große Hubhöhe wird bei Motordrehzahlen oberhalb 2500 Umdrehungen pro Minute geschaltet.
Die 1 zeigt eine Darstellung der Nockenwelle 1, die zur Verbindung mit einem Nockenstück 3 die als Steilgewinde ausgebildete Außenverzahnung 2 aufweist. Das Steilgewinde weist dabei drei Gänge auf. Entsprechend weist das Nockenstück 3 eine als Steilgewinde ausgebildete Innenverzahnung 4 auf, die ebenso drei Gänge aufweist.
2 zeigt das Nockenstück 3 in der Position, in der die einlassseitigen Gaswechselventile eines Zylinders von jeweils den den großen Ventilhub bewirkenden Nockenlaufbahnen 5.2, 6.2 der beiden Nocken 5, 6 betätigt werden.
Zum Umschalten der Nockenbahnen 5.1, 5.2, 6.1, 6.2 wird das Nockenstück 3 sechs Millimeter (in der Figur nach links) auf der Nockenwelle 1 axial verschoben.
3 zeigt das Nockenstück 3 in der Position, in der die einlassseitigen Gaswechselventile eines Zylinders jeweils von den den kleinen Ventilhub bewirkenden Nockenlaufbahnen 5.1, 6.1 betätigt werden. Dabei ist das Nockenstück 3 auf der Nockenwelle 1 durch das dreigängige Steilgewinde um 15 Grad verdreht worden.
Dabei ist es entsprechend der Drehrichtung des Steilgewindes möglich die den kleinen Nockenhub aufweisenden Nockenbahnen gegenüber den den großen Nockenhub aufweisenden Nockenbahnen früher oder später öffnen zu lassen.
Dabei besteht grundsätzlich die Möglichkeit auf einem Nockenstück die den kleinen Nockenhub aufweisenden Nockenbahnen phasenverschoben zueinander anzuordnen, jedoch wird dadurch die Herstellung eines Nockenstückes wesentlich verteuert.
Durch den erfindungsgemäßen Ventiltrieb der Brennkraftmaschine mit vier unterschiedliche Nockenlaufbahnen aufweisenden Nockenstücken können die thermodynamischen Vorteile der axial verschiebbaren Nockenstücke weiter optimiert werden.

Claims

Ventiltrieb einer Brennkraftmaschine mit mindestens einer Nockenwelle (1), auf der mindestens ein Nockenstück (3) mit mindestens einem, mindestens zwei unterschiedliche Nockenlaufbahnen (5.1, 5.2, 6.1, 6.2) aufweisenden Nocken (5, 6) angeordnet ist, wobei das mindestens eine Nockenstück (3) durch eine Verzahnung drehfest und axial verschiebbar mit der mindestens einen Nockenwelle (1) verbunden ist, dadurch gekennzeichnet, dass die Verzahnung als Steilgewinde ausgebildet ist.
Ventiltrieb nach Anspruch 1, dadurch gekennzeichnet, dass die Verzahnung als mehrgängiges Steilgewinde ausgeführt ist.
Verfahren zum Betrieb des Ventiltriebs nach einem der vorangegangenen Ansprüche, dadurch gekennzeichnet, dass durch die mindestens zwei unterschiedlichen Nockenlaufbahnen (5.1, 5.2, 6.1, 6.2) des mindestens einen Nockens (3) ein Gaswechselventil unterschiedlich betätigt wird, und dass durch das axiale Verschieben des mindestens einen Nockenstückes (3) auf der mindestens einen Nockenwelle (1) zwischen den mindestens zwei unterschiedlichen Nockenlaufbahnen (5.1, 5.2, 6.1, 6.2) zum Betätigen des Gaswechselventils gewechselt wird, und dass durch die als Steilgewinde ausgeführte Verzahnung mit dem axialen Verschieben des mindestens einen Nockenstückes (3) die Phasenlage der Nockenlaufbahnen (5.1, 5.2, 6.1, 6.2) verändert wird.