DE19833621A1

DE19833621A1 - Ventilsteuerung für Brennkraftmaschinen

Info

Publication number: DE19833621A1
Application number: DE1998133621
Authority: DE
Inventors: Dietmar Schwarzenthal; Joachim Gruenberger
Original assignee: Dr Ing HCF Porsche AG
Current assignee: Dr Ing HCF Porsche AG
Priority date: 1998-07-25
Filing date: 1998-07-25
Publication date: 2000-01-27

Abstract

Bei einer Ventilsteuerung für Brennkraftmaschinen mit wenigstens zwei unterschiedlichen Ventilzeiten, bei der jedem Ventil ein wenigstens zwei nebeneinanderliegend angeordnete Nockenbahnen aufweisendes Nockenpaket zugeordnet ist, welches drehsicher aber axial verschieblich auf einer Nockenwelle angeordnet ist, und bei der der axialen Verstellung der Nockenpakete, je Nockenpaket jeweils eine Anzahl radial zur Nockenwelle verstellbarer und mit jeweils einer in einer von zwei an jedem Nockenpaket angeordneten radialen Kulissenscheiben ausgebildeten und über einen Teil des Scheibenumfanges hin reichenden Kulissenbahn zusammenwirkender, federbelasteter Betätigungsbolzen sowie Verriegelungsbolzen zugeordnet ist, ist zur Vermeidung von Fehlschaltungen vorgesehen, daß die der Erzwingung einer Verschiebebewegung der einzelnen Nockenpakete in Abhängigkeit von einer Rotationsbewegung der Nockenwelle zugeordneten Betätigungsbolzen mittels einer durch einen in Abhängigkeit wählbarer Betriebsparameter der Brennkraftmaschine ansteuerbaren Stellantrieb angetriebenen Stelleinrichtung in einer unwirksamen Rückzugsstellung verriegelbar sind.

Description

Die Erfindung bezieht sich auf eine Ventilsteuerung für Brennkraftmaschinen nach dem Oberbegriff des Patentanspruchs 1.

Bei einer bekannten Ventilsteuerung, DE-A-42 30 877 mit nebeneinanderliegend angeordnete Nockenbahnen aufweisenden Nockenpaketen wird eine axiale Verstellbewegung der drehsicher aber axial verschiebbar auf einer Nockenwelle angeordneten Nockenpakete vermittels in eine mit einem Nockenpaket verbundene, über einen Teil seines Umfanges hin reichende Kulissenbahn eingreifenden Betätigungsbolzens bewerkstelligt, derart, daß die dem Umschalten der mit dem jeweiligen Ventil zusammenwirkenden Nockenbahn dienende, axial gerichtete Verstellbewegung des Nockenpaketes aus der Drehbewegung der Nockenwelle abgeleitet wird. Der Rückstellung des Nockenpaketes in eine Ausgangsstellung ist dann eine Rückstellfeder zugeordnet. Die Anordnung der Kulissenbahn in Form einer Nutausnehmung im Körper des Nockenpaketes erfordert im Interesse der Gewährleistung einer zur Aufnahme der aus dem Ventiltrieb resultierenden Kräfte hinreichenden Stabilität eine beträchtliche Vergrößerung des Durchmessers der Nockenpakete und damit neben einer Verteuerung auch eine unerwünschte Gewichtserhöhung. Darüber hinaus haftet der bekannten Ventilsteuerung der Nachteil an, daß die Umschalteinrichtung lediglich für maximal zwei nebeneinanderliegend angeordnete Nockenbahnen aufweisende Nockenpakete geeignet ist.

Um die der bekannten Bauart einer Nockenwellenumschaltung anhaftenden Nachteile zu beseitigen und insbesondere um die Nockenwelle zusammen mit den verschieblichen Nocken insgesamt leichter ausbilden und kostengünstiger herstellen zu können, behandelt eine vergleichbare Ventilsteuerung, DE-A-196 11 641, bei der der entgegen der Last einer Einrückfeder radial zur Nockenwelle verstellbar geführten Betätigungsbolzen je eine an je einem der beiden Enden eines Nockenpaketes angeordnete Kulissenscheibe zugeordnet ist, welche die zur Ableitung einer axial gerichteten Verschiebebewegung des Nockenpaketes aus der Rotation der Nockenwelle mit dem jeweiligen Betätigungsbolzen zusammenwirkende Kulissenbahn enthält. Darüber hinaus ist bei dieser Ventilsteuerung noch vorgesehen, daß einerseits jeder der Kulissenscheiben jeweils zwei in Längsrichtung des Nockenpaketes zueinander beabstandete Betätigungsbolzen und andererseits jedem Nockenpaket mit der Nockenwelle zusammenwirkende Rastmittel zugeordnet sind, welche nach Beendigung eines Umschaltvorganges eine überwindbare Verriegelung des Nockenpaketes in seiner jeweiligen Schaltstellung ermöglichen. Diese bekannte Ausbildung einer Ventilsteuerung ermöglicht es auf der einen Seite zwar die Nockenpakete Umfangs- bzw. gewichtsreduziert auszubilden und jeweils mit drei nebeneinanderliegend angeordneten Nockenbahnen auszustatten, ist jedoch auf der anderen Seite hinsichtlich möglicher Fehlschaltungen nicht optimal abgesichert.

Aufgabe der Erfindung ist es daher eine Ventilsteuerung für Brennkraftmaschinen dahingehend zu verbessern, daß bei gewichtsreduzierter und montagefreundlicher Ausbildung der mit drei nebeneinanderliegend angeordneten Nockenbahnen ausgestatteten Nockenpakete und der mit diesen baueinheitlich ausgebildeten Kulissenscheiben Fehlschaltungen ausgeschlossen sind.

Erfindungsgemäß wird diese Aufgabe durch die Merkmale des Patentanspruchs 1 gelöst. Weitere die Erfindung ausgestaltende Merkmale sind in den folgenden Ansprüchen enthalten.

Die mit der Erfindung hauptsächlich erzielten Vorteile sind darin zu sehen, daß die Betätigungsbolzen formschlüssig mit einer achsparallel zur Nockenwelle ausgerichteten und vermittels eines willkürlich oder in Abhängigkeit von wählbaren Betriebsparametern der Brennkraftmaschine aktivierbaren Stellantriebes entgegen der Last einer Rückstellfeder axial verschieblichen Stelleinrichtung in einer Rückzugsstellung, in welcher sie sich mit der Kulissenbahn der jeweils zugeordneten Kulissenscheibe außer Eingriff befinden, koppelbar sind. Hierdurch wird die Möglichkeit von Fehlschaltungen ausgeschlossen. Zugleich ergibt sich aus einer solcherart ausgelegten Zwangssteuerung des in- bzw. außer Eingriffhaltens der Betätigungsbolzen mit den ihnen jeweils zugeordneten Kulissenbahnen in den Kulissenscheiben der Nockenpakete einerseits die Möglichkeit einer Erhöhung der Anzahl der möglichen Schaltstellungen der Nockenpakete und andererseits die Möglichkeit auf eine Verriegelung der Nockenpakete in ihrer jeweiligen Schaltstellung gegenüber der Nockenwelle zu verzichten.

Eine besonders vorteilhafte Gestaltung eines Ventiltriebes dessen Nockenpakete drei nebeneinanderliegend angeordnete Nockenbahnen aufweisen ergibt sich dadurch, daß je Nockenwelle zwei zu dieser und zueinander achsparallel ausgerichtete und jeweils für sich vermittels eines durch einen in Abhängigkeit von ausgewählten Betriebsparametern der Brennkraftmaschine einschaltbaren Linearmotor gebildeten Stellantriebes entgegen der Last einer Rückstellfeder axial verschiebliche, durch bereichsweise tangential freigeschnittene Hohlwellen oder Rohrmaterialabschnitte und in diese eingesetzte, Eingriffskanten für die Betätigungsbolzen aufweisende Haltefedern gebildete Stelleinrichtungen vorgesehen sind, deren jede mit jeweils zwei von insgesamt vier jeweils einem Nockenpaket zugeordneten und zueinander beabstandet in radial zur Nockenwelle ausgerichteten Zylinderführungen des Zylinderkopfes angeordneten Betätigungsbolzen zusammenwirkt, wobei die Betätigungsbolzen jeweils mit einer Umfangsnut ausgestattet sind, über welche sie in ihrer Rückzugsstellung jeweils an einer an den Stelleinrichtungen ausgebildeten bzw. angeordneten Eingriffskante formschlüssig abgestützt sind.

In der Zeichnung ist ein Ausführungsbeispiel der Erfindung dargestellt welches nachstehend näher beschrieben ist. Es zeigt:

Fig. 1 eine schematische Darstellung eines Längsschnittes durch den Ventiltrieb einer dreizylindrigen Brennkraftmaschine;

Fig. 2 eine schematische Darstellung einer ausschnittweisen Draufsicht auf die Stelleinrichtung für einen Ventiltrieb nach Fig. 1;

Fig. 3 eine schematische Schnittdarstellung durch die Stelleinrichtung für einen Ventiltrieb nach Fig. 1 und 2.

Der in Fig. 1 lediglich schematisch dargestellte Ventiltrieb einer Brennkraftmaschine weist eine in Lagerungen 1 abgestützte, mit einer der Anzahl der Zylinder der Brennkraftmaschine entsprechenden Anzahl von auf ihr axial verschieblich aber drehsicher angeordneten Nockenpaketen 2 ausgestattete Nockenwelle 3 auf. Die Nockenpakete 3 sind jeweils mit drei nebeneinanderliegend angeordneten Nockenbahnen 4, 5 und 6 ausgestattet und weisen je zwei an ihren beiden Stirnenden angeordnete Kulissenscheiben 7 und 8 auf, welche ihrerseits mit Kulissenbahnen 9 versehen sind. Jeder der Kulissenscheiben 7 und 8 eines Nockenpaketes 2 sind jeweils zwei vermittels eines Führungsabschnittes 10 radial zu dieser verstellbar in Zylinderführungen 11 aufgenommene Betätigungsbolzen 12 und 13 zugeordnet. Den Betätigungsbolzens 12 und 13 ist eine im Wesentlichen aus zwei zueinander parallelen und bezüglich der Betätigungsbolzen 12 und 13 einander gegenüberliegend angeordneten Stelleinrichtungen 14 und 15 bestehende Vorrichtung zur formschlüssigen Feststellung in ihrer mit den Kulissenbahnen 9 der Kulissenscheiben 12 und 13 außer Eingriff befindlichen Rückzugsstellung zugeordnet. Dabei bestehen die Stelleinrichtungen 14 und 15 aus bereichsweise bei 16 tangential freigeschnittenen Hohlwellen oder Rohren und in diese Freischnitte 16 eingesetzten, Eingriffskanten 17 für die Betätigungsbolzen 12 bzw. 13 aufweisenden Haltefedern 18, wobei die Haltefedern 18 einerseits eine gegen den oberen Längsrand 19 des tangentialen Freischnittes 16 der Hohlwelle anliegende Abstütznase 20 und andererseits eine eine Triggerkante 21 umfassende Eingriffskante 17 aufweisen. Die Haltefedern 18 sind, wie insbesondere aus der Darstellung der Fig. 3 ersichtlich, insgesamt aus einem eingerollten Flachmaterialabschnitt gebildet. Über die unteren Längskanten 22 ihrer tangentialen Freischnitte 16 sind die Stelleinrichtungen 14 und 15 drehsicher an den Führungsabschnitten 10 der Betätigungsbolzen 12 und 13 abgestützt. Mit den Betätigungsbolzen 12 und 13 wirken die Eingriffskanten 17 der Stelleinrichtungen 14 und 15 über an den Betätigungsbolzen 12 und 13 ausgebildete Umfangsnuten 23 formschlüssig zusammen, derart, daß im Zuge einer axialen Verstellung der Stelleinrichtungen 14 und 15 zunächst die Triggerkanten 21 und sodann die Eingriffskanten 17 der Haltefedern 18 mit den Umfangsnuten 23 der Betätigungsbolzen 12 und 13 im Eingriff stehen. Die Betätigungsbolzen 12 und 13 sind in Eingriffsrichtung durch eine Druckfeder 24 beaufschlagt und werden im Zuge der Rotation der Nockenwelle 3 vermittels an den Kulissenscheiben 7 und 8 ausgebildeter Rückstellrampen 25 in ihre durch die Stelleinrichtungen 14 und 15 formschlüssig gesicherte Rückzugsstellung zurückverschoben. Wie aus der Darstellung der Fig. 2 weiterhin ersichtlich arbeiten jeweils die beiden bezüglich eines Nockenpaketes 5 innenliegenden Betätigungsbolzen 12 mit der ersten Stelleinrichtung 15 und die bezüglich des Nockenpaketes 5 außenliegenden Betätigungsbolzen 13 mit der zweiten Stelleinrichtung zusammen. Die Stelleinrichtungen 14 und 15 sind jeweils vermittels in Abhängigkeit von ausgewählten Betriebsparametern der Brennkraftmaschine einschaltbarer, als Elektromagneten 26 bzw. 27 gebildeter Stellantriebe entgegen der Kraft einer Rückstellfeder 28 axial verstellbar.

Zur Nockenumschaltung wird der mit der der beabsichtigten Umschaltung zugeordneten Stelleinrichtung 14 bzw. 15 zusammenwirkende Stellantrieb 26 bzw. 27 mit Strom beaufschlagt, so daß die ausgewählte Stelleinrichtung 14 bzw. 15 axial verschoben und pro Nockenpaket 2 der der beabsichtigten Umschaltung zugeordnete Betätigungsbolzen 12 bzw. 13 entriegelt und damit die Betätigungsbolzen 12 bzw. 13 in der Reihenfolge der Zündfolge der Zylinder der Brennkraftmaschine durch die Druckfeder 24 in ihre in die Kulissenbahn 9 der zugeordneten Kulissenscheibe 7 bzw. 8 eingreifende Eingriffsstellung verbracht werden. Nach dem nachfolgenden Abschalten der Stromversorgung für den mit der Stelleinrichtung 14 bzw. 15 zusammenwirkenden Stellantrieb 26 bzw. 27 wird die Stelleinrichtung 14 bzw. 15 durch die Rückstellfeder 28 in ihre Ausgangsstellung zurückverschoben. Nach Vollendung einer Nockenwellenumdrehung werden die freigegebenen Betätigungsbolzen 12 bzw. 13 durch die Rückstellrampen 25 in ihre durch die Stelleinrichtungen 14 und 15 formschlüssig gesicherte Rückzugsstellung zurückverschoben, womit ein Verschiebevorgang für die Nockenpakete 2 einer Nockenwelle 3 bzw. ein Umschaltvorgang zwischen ausgewählten Nockenbahnen 4, 5 bzw. 6 einer Nockenwelle 3 abgeschlossen ist.

Claims

1. Ventilsteuerung für Brennkraftmaschinen mit wenigstens zwei unterschiedlichen Ventilzeiten, bei der jedem Ventil ein wenigstens zwei nebeneinanderliegend angeordnete Nockenbahnen aufweisendes Nockenpaket zugeordnet ist, welches drehsicher aber axial verschieblich auf einer Nockenwelle angeordnet ist, und bei der der axialen Verstellung der Nockenpakete, je Nockenpaket jeweils eine Anzahl radial zur Nockenwelle verstellbarer und mit jeweils einer in einer von zwei an jedem Nockenpaket angeordneten radialen Kulissenscheiben ausgebildeten und über einen Teil des Scheibenumfanges hin reichenden Kulissenbahn zusammenwirkender, federbelasteter Betätigungsbolzen sowie Verriegelungsbolzen zugeordnet ist, dadurch gekennzeichnet, daß die Betätigungsbolzen (12, 13) formschlüssig mit wenigstens einer achsparallel zur Nockenwelle (3) ausgerichteten und vermittels eines Stellantriebes (26 bzw. 27) entgegen der Last einer Rückstellfeder (28) axial verschieblichen Stelleinrichtung (14, 15) in einer Rückzugsstellung, in welcher sie sich mit der Kulissenbahn- (9) der jeweils zugeordneten Kulissenscheibe (7 bzw. 8) außer Eingriff befinden, koppelbar sind.

2. Ventilsteuerung nach Anspruch 1, dadurch gekennzeichnet, daß je Nockenwelle (3) zwei zu dieser und zueinander achsparallel ausgerichtete und jeweils für sich vermittels eines Stellantriebes (26, 27) entgegen der Last einer Rückstellfeder (28) axial verschiebliche Stelleinrichtungen (14 und 15) vorgesehen sind, deren jede mit jeweils zwei von insgesamt vier jeweils einem Nockenpaket (2) zugeordneten und zueinander beabstandet in radial zur Nockenwelle (3) ausgerichteten Zylinderführungen (11) des Zylinderkopfes angeordneten Betätigungsbolzen (12, 13) zusammenwirkt.

3. Ventilsteuerung nach Anspruch 1 und 2, dadurch gekennzeichnet, daß jeder der Kulissenscheiben (7 und 8) eines Nockenpaketes (2) jeweils zwei Betätigungsbolzen (12, 13) zugeordnet sind, deren jeder mit einer der beiden Stelleinrichtungen (14 bzw. 15) zusammenwirkt.

4. Ventilsteuerung nach Anspruch 1 bis 3, dadurch gekennzeichnet, daß jeweils die beiden bezüglich eines Nockenpaketes (2) innenliegenden Betätigungsbolzen (12) mit der ersten Stelleinrichtung (14) und die bezüglich des Nockenpaketes (2) außenliegenden Betätigungsbolzen (13) mit der zweiten Stelleinrichtung (15) zusammenwirken.

5. Ventilsteuerung nach Anspruch 1 bis 4, dadurch gekennzeichnet, daß die Betätigungsbolzen (12 und 13) jeweils mit einer Umfangsnut (23) ausgestattet sind, über welche sie in ihrer Rückzugsstellung an einer an den Stelleinrichtungen (14 und 15) ausgebildeten bzw. angeordneten Eingriffskante (17) formschlüssig abgestützt sind.

6. Ventilsteuerung nach Anspruch 1 bis 5, dadurch gekennzeichnet, daß die Stelleinrichtungen (14, 15) aus bereichsweise tangential freigeschnittenen Hohlwellen und in diese Freischnitte (16) eingesetzte, Eingriffskanten (17) für die Betätigungsbolzen (12, 13) aufweisende Haltefedern (18) gebildet sind, wobei die Haltefedern (18) einerseits eine gegen den einen Längsrand (19) des tangentialen Freischnittes (16) der Hohlwelle anliegende Abstütznase (20) und andererseits eine eine Triggerkante (21) umfassende Eingriffskante (17) aufweisen.

7. Ventilsteuerung nach Anspruch 1 bis 6, dadurch gekennzeichnet, daß den in Einrückrichtung durch eine Druckfeder (24) belastenden Betätigungsbolzen (12,13) eine an jeder der Kulissenscheiben (7, 8) ausgebildete Rückstellrampe (25) zugeordnet ist.

8. Ventilsteuerung nach Anspruch 1 bis 7, dadurch gekennzeichnet, daß dem Antrieb jeder der Stelleinrichtungen (14 und 15) ein in Abhängigkeit von ausgewählten Betriebsparametern der Brennkraftmaschine einschaltbarer Linearmotor (26, 27) zugeordnet ist.

9. Ventilsteuerung nach Anspruch 1 bis 8, dadurch gekennzeichnet, daß der dem Antrieb jeder der Stelleinrichtungen (14 und 15) jeweils zugeordnete Linearmotor (26, 27) durch Elektromagneten gebildet ist.

10. Ventilsteuerung nach Anspruch 1 bis 9, dadurch gekennzeichnet, daß dem Antrieb jeder der Stelleinrichtungen (14 und 15) in beiden Verstellrichtungen jeweils ein durch einen Elektromagneten gebildeter Stellantrieb zugeordnet ist.