EP1608849B1 - Ventiltrieb einer einen zylinderkopf aufweisenden brennkraftmaschine - Google Patents

Ventiltrieb einer einen zylinderkopf aufweisenden brennkraftmaschine Download PDF

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EP1608849B1
EP1608849B1 EP04721147A EP04721147A EP1608849B1 EP 1608849 B1 EP1608849 B1 EP 1608849B1 EP 04721147 A EP04721147 A EP 04721147A EP 04721147 A EP04721147 A EP 04721147A EP 1608849 B1 EP1608849 B1 EP 1608849B1
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EP
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cam
camshaft
cam support
axial
cylinder head
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Stefan Dengler
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Audi AG
Original Assignee
Audi AG
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    • F01L13/00—Modifications of valve-gear to facilitate reversing, braking, starting, changing compression ratio, or other specific operations
    • F01L13/0015—Modifications of valve-gear to facilitate reversing, braking, starting, changing compression ratio, or other specific operations for optimising engine performances by modifying valve lift according to various working parameters, e.g. rotational speed, load, torque
    • F01L13/0036—Modifications of valve-gear to facilitate reversing, braking, starting, changing compression ratio, or other specific operations for optimising engine performances by modifying valve lift according to various working parameters, e.g. rotational speed, load, torque the valves being driven by two or more cams with different shape, size or timing or a single cam profiled in axial and radial direction
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    • F01L1/02—Valve drive
    • F01L1/04—Valve drive by means of cams, camshafts, cam discs, eccentrics or the like
    • F01L1/08—Shape of cams
    • F—MECHANICAL ENGINEERING; LIGHTING; HEATING; WEAPONS; BLASTING
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    • F01L13/0036—Modifications of valve-gear to facilitate reversing, braking, starting, changing compression ratio, or other specific operations for optimising engine performances by modifying valve lift according to various working parameters, e.g. rotational speed, load, torque the valves being driven by two or more cams with different shape, size or timing or a single cam profiled in axial and radial direction
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Definitions

  • the invention relates to a valve train of a cylinder head having an internal combustion engine according to the preamble of claim 1.
  • thermodynamic properties of internal combustion engines mechanical devices which influence the working cycle of the valve train and, for example, allow a speed-dependent change in the opening times or the stroke of the gas exchange valve.
  • a cam carrier rotatably and axially displaceably arranged on a base camshaft.
  • the cam carrier consists of a tubular material, on which at least one cam is arranged, in which emerge from a common base circle axially offset several different cam tracks.
  • a locking device which consists of a arranged in the base camshaft locking means which engages in locking grooves, which worked out in the cam carrier are. According to the three cam tracks, the are formed on a cam, three locking grooves are worked out in the cam carrier.
  • the main disadvantage of this camshaft-centered arrangement of the locking device is that the basic camshaft and the cylinder head of the internal combustion engine are often made of different materials with different thermal expansion coefficients. As a result, the camshaft-centered latching device will not rest precisely either when the engine is cold or when the internal combustion engine is not operating. This effect can be amplified by inaccuracies in production, assembly or operational type so far that reliable operation of the internal combustion engine is not possible.
  • a cylinder-centered locking device for a basic camshaft with axially displaceable cam carriers is known from DE 101 48 243, the bearing of the basic camshaft in the cylinder head of the internal combustion engine being effected by at least one cam carrier bearing comprising the cam carrier.
  • the locking device consists of a arranged in the camshaft bearing locking means which engages in locking grooves, which are worked out in the cam carrier.
  • a cam carrier with two cams, each having two cam tracks two axially adjacent locking grooves are required in the cam carrier, in which engages the locking means.
  • the main disadvantage of this cylinder-head centered locking device is the high wear that occurs in the camshaft bearing, as a substantial part of the bearing sliding surfaces is spent on the locking grooves.
  • the base camshaft and the cam carrier are moved by the locking means to one side of the camshaft bearing. This locking device require a good supply of lubricant, which can not be guaranteed on the custom-fit and often polished Lagergleitclair.
  • the invention has for its object to provide a valve gear according to the features of the preamble of claim 1, wherein the cam carrier are reliably held in position after moving independently of thermal influences.
  • a first axial position of the cam carrier is defined by the fact that a first cam-holder-mounted stop surface abuts against a first cylinder head fixed stop surface.
  • a second axial position of the cam carrier is defined by the fact that a second cam carrier fixed abutment surface bears against a second stopper surface fixed to the cylinder head.
  • the first cylinder-stop-fixed abutment surface and the second cylinder-head-fixed abutment surface are side surfaces of the at least one cam carrier bearing comprising the cam carrier.
  • the means for applying an axial clamping force is formed by the base camshaft on the cam carrier as a locking device.
  • the locking device far a arranged in the camshaft, movably mounted in the radial direction locking means, wherein the locking means is pressed by a force in the radial direction outwardly preferably against the inner surface of the cam carrier.
  • at least two encircling and axially spaced latching grooves are formed on the inside of the cam carrier, wherein the latching grooves are approximately V-shaped in the cam carrier, and whereby both sides of the latching groove form a ramp for the latching means.
  • the locking grooves could basically also be formed in the basic camshaft, wherein the locking device would be arranged in the cam carrier.
  • the radially directed force is the restoring force of a spring element.
  • the locking means is a locking bolt, wherein the locking grooves facing side of the locking bolt is rounded.
  • the locking means is a locking ball.
  • a cam carrier is arranged on the at least one base camshaft for each cylinder of the internal combustion engine.
  • FIGS. 1 to 3 by way of example, there is shown a spark-ignited four-cylinder in-line engine having a cylinder crankcase 30 with a cylinder head 31 mounted thereon and with a cylinder head cover 33 formed in a known conventional manner.
  • Two intake and two exhaust valves are formed per cylinder in a known manner, not shown, wherein the intake valves of an intake camshaft and the exhaust valves are controlled by an exhaust camshaft 16 controlled in a known manner.
  • the intake camshafts and the exhaust camshaft 16 are aligned parallel to the engine longitudinal axis and rotatably mounted in the cylinder head 31 on both sides of the row of cylinders.
  • the exhaust camshaft 16 and the intake camshaft which consists of a base camshaft 1 and four cam carriers 2 are driven in a known, not shown manner.
  • FIG. 4 shows the inlet camshaft, on whose base camshaft 1 the four cam carriers 2 designed as hollow shafts are arranged axially spaced apart.
  • the cam pieces 2 are axially slidably mounted on the base camshaft 1 but rotatably mounted.
  • 5, 6 and 7 is at both ends of each cam carrier 2, a worm gear with a recess formed as an axial curve 10 and 11, respectively, which winds helically around the cam carrier axis.
  • On each cam carrier 2 two cams are arranged, with each cam from the same base circle axially offset two different cam tracks 6, 7 and 8, 9 emerge.
  • the cylindrical region of the lateral surface of each cam piece 2 located between the two cams is designed as a bearing surface for a camshaft bearing 3.
  • each cam carrier 2 is rotatably and axially displaceably mounted with this cylindrical bearing surface in a camshaft bearing block 3 of the cylinder head 31.
  • the two camshaft bearing block 3 facing end faces of the cams are formed as abutment surfaces 18 and 19. Accordingly, the cam facing end faces of the camshaft bearing block 3 are formed as a contact surface 17 and 20 respectively.
  • the distance between the two contact surfaces 17 and 18 of the cam is greater than the distance of the contact surfaces 19 and 20 of the camshaft bearing block third
  • the maximum distance, the contact surfaces 17 and 19, and the contact surfaces 18 and 20 may have from each other, the width of the cam tracks 6, 7, 8, 9, and the distance that a cam carrier by the axial curves 10 and 11 of the Worm gears can be moved.
  • the gas exchange valves 27, 28 of the internal combustion engine are actuated by the cam via cam follower 21, which are designed to reduce friction with a roller 23.
  • cam follower 21 Associated with the follower levers 21, 22 is in a conventional manner a trained in the cylinder head clearance compensation element 25 and 26 respectively.
  • the inside of the cam carrier 2 has two mutually parallel, axially spaced, the entire inner circumference of the cam carrier circumferential locking grooves 34, 35.
  • the locking grooves are approximately V-shaped, wherein the known of the V-shaped locking groove are rounded.
  • the two locking grooves 34, 35 are formed with radially outwardly to radially inwardly inclined groove walls forming the conical surfaces 36 and 37, wherein the conical surface 36 of the groove 34 has a pitch angle ⁇ to the axis of rotation of the camshaft 1 and the surface 37 of the groove 35 has a pitch angle ⁇ to the axis of rotation of the camshaft 1.
  • the distance between the conical surfaces 36 and 37 of the two grooves 34 and 35 to each other and the axial position of the blind bore 38 are coordinated so that when abutment of the contact surface 18 of the cam 8 on the contact surface 20 of the bearing block 3, the locking ball 40 at the conical surface 37 rests - as shown in Figure 7 - and that upon contact of the contact surface 19 of the cam 7 on the contact surface 17 of the cam bearing block 3, the locking ball 40 abuts against the conical surface 36 of the groove 34 - as shown in Figure 5 and Figure 6 is shown.
  • the required axial force in the cam carrier 2 is further introduced via the ball 40 according to the inclination ⁇ or ⁇ of the conical surfaces 36, 37.
  • the adjustment of the Hubventil putung of the operating state shown in Figures 5 and 6 in the operating state shown in Figure 7 is effected in that - as shown in Figure 6 - the driving pin 14 of an arranged in the cylinder head 31 electric actuator, which is associated with the axial curve 10 , engages in the formed as a recess axial cam 10.
  • the cam carrier 2 is displaced axially as far to the left by contact contact between the driver pin 14 and the groove walls of the axial cam 10 until the ball 40 prestressed by the spring 39 overflows into the groove 35 of the cam carrier 2. While the ball 40 rolls on the axial movement of the cam carrier 2 along the conical surface 37, the contact surface 18 of the moves Cam 8 on the contact surface 20 of the bearing block 3 and device with this in axial contact. The ball 40 is still in axial contact with the contact surface 37.
  • the cam carrier 2 is axially fixed.
  • the driving pin 14 is pulled out by means of the electric actuator 12 in a known manner again from the formed as a circumferential groove 10 axial curve.
  • the cam carrier 2 is fixed by the system between the contact surface 17 of the cam 7 and the contact surface 19 of the bearing block 3 on the one hand and by the system between cone 36 and locking ball 40 on the other hand axially in both directions.
  • the driving pin 15 is pulled out by means of the electric actuator 13 in a known manner from the circumferential groove of the axial cam 11.
  • angles .alpha. And .beta. are dimensioned in this way-depending on the individual requirement-that ensures the required axial fixing force in the operating positions for the Hubventil penetrateung and releasing the locking connection after engagement of the driving pins 14 and 15 in the circumferential grooves 10 and 11 during rotation the camshaft 1 is ensured in the operating direction.
  • the angles ⁇ and ⁇ are the same size between 15 ° and 45 °, for example, selected at 30 °.
  • the conical surfaces 36 and 37 along their axial extent each have a constant pitch angle ⁇ and ⁇
  • the four cam carrier 2 of the camshaft 1 shown in Figures 3 and 4 can be adjusted in this way individually by the associated actuators 12 and 13 between their two operating positions for Hubventlisteutation.
  • Such a configuration of the adjustment of the lift valve control is possible both for an intake camshaft 1 controlling only intake valves and also for an exhaust camshaft 16 controlling only exhaust valves. It is also possible to provide such a design also on a camshaft which controls both intake valves and exhaust valves.
  • Such a design of a controlled adjustment of the Hubventil thoroughlyung is also possible on internal combustion engines with more or fewer cylinders than the four cylinders shown in the embodiment. Such a design of the controlled adjustment of the Hubventil thoroughlyung is also possible on different cylinder arrangements of engines, such as in-line engines, V-engines or VR or W motors.
  • the illustrated Hubventil thoroughlyungsver ein is possible both spark-ignition and self-ignited internal combustion engines.

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Abstract

Der Erfindung betrifft einen Ventiltrieb einer Brennkraftmaschine mit mindestens einer Nockenwelle, auf der drehfest und axial verschiebbar mindestens ein Nockenträger angeordnet ist, bei dem zwischen der mindestens einen Nockenwelle und dem mindestens einen Nockenträger Mittel zum Aufbringen einer axialen Spannkraft ausgebildet sind, durch welche der mindestens eine Nockenträger axial fixiert ist.

Description

  • Die Erfindung betrifft einen Ventiltrieb einer einen Zylinderkopf aufweisenden Brennkraftmaschine gemäß dem Oberbegriff des Patentanspruches 1.
  • 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 Gaswechsetventite ermöglichen.
  • Aus den Druckschriften DE 42 30 877 und DE 199 08286 ist eine derartige Vorrichtung bekannt, bei der ein Nockenträger drehfest und axial verschiebbar auf einer Grundnockenwelle angeordnet ist. Das Nockenträger besteht dabei aus einem rohrförmigen Material, 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 kann ein Gaswechselventil durch die unterschiedlich geformten Nockenlaufbahnen betätigt werden, wobei sich die Nockenlaufbahnen in der Hubkontur und/oder in der Phasenlage unterscheiden.
  • Eine vorteilhafte Vorrichtung zum axialen Verschieben eines Nockenträgers ist aus der Druckschrift EP 0 798 451 bekannt, wonach zu beiden Seiten des Nockenträgers ein Schneckentrieb ausgebildet ist, der als Vertiefung eine Kurvenbahn aufweist, in die zum axialen Verschieben des Nockenträgers ein Stellglied eingreifen kann.
  • Damit ein Nockenträger auf der Grundnockenwelle in der Position verbleibt, in die er durch das Eingreifen des Stellgliedes in den Schneckentrieb verschoben wurde, ist eine Rastvorrichtung vorgesehen, die aus einem in der Grundnockenwelle angeordneten Rastmittel besteht, das in Rastrillen eingreift, die in dem Nockenträger ausgearbeitet sind. Entsprechend den drei Nockenlaufbahnen, die an einem Nocken ausgebildet sind, werden in dem Nockenträger drei Rastrillen ausgearbeitet.
    Der wesentliche Nachteil dieser nockenwellenzentrierten Anordnung der Rastvorrichtung besteht darin, dass die Grundnockenwellen und der Zylinderkopf der Brennkraftmaschine häufig aus verschiedenen Werkstoffen mit unterschiedlichen thermischen Ausdehnungskoeffizienten gefertigt werden. Dadurch wird die nockenwellenzentrierte Rastvorrichtung entweder bei kalter oder bei betriebswarmer Brennkraftmaschine nicht exakt rasten. Dieser Effekt kann durch Ungenauigkeiten in Herstellung, Montage oder betriebsbedingter Art soweit verstärkt werden, dass zuverlässiger Betrieb der Brennkraftmaschine nicht möglich ist.
  • Eine zylinderkopfzentrierte Rastvorrichtung für eine Grundnockenwelle mit axial verschiebbaren Nockenträgern ist aus der Druckschrift DE 101 48 243 bekannt, wobei die Lagerung der Grundnockenwelle im Zylinderkopf der, Brennkraftmaschine durch mindestens einen den Nockenträger umfassendes Nockenwellenlager erfolgt.
    Die Rastvorrichtung besteht aus einem in dem Nockenwellenlager angeordneten Rastmittel, das in Rastrillen eingreift, die in den Nockenträger ausgearbeitet sind. Bei einem Nockenträger mit zwei Nocken, die jeweils zwei Nockenfaufbahnen aufweisen, sind in dem Nockenträger zwei axial benachbarte Rastrillen erforderlich, in die das Rastmittel eingreift.
    Der wesentliche Nachteil dieser zylinderkopfzentrierten Rastvorrichtung besteht in dem hohen Verschleiß, der in dem Nockenwellenlager entsteht, da ein wesentlicher Teil der Lagergleitflächen für die Rastrillen aufgewendet wird. Zudem werden die Grundnockenwelle und die Nockenträger durch die Rastmittel zu einer Seite des Nockenwellenlagers verschoben. Dabei benötigen Rastvorrichtung einen gute Schmiermittelversorgung, die über die passgenauen und häufig polierten Lagergleitflächen nicht zu gewährleisten ist.
  • Der Erfindung liegt die Aufgabe zugrunde, einen Ventiltrieb gemäß den Merkmalen des Oberbegriffs des Anspruchs 1 zu schaffen, bei dem die Nockenträger nach dem Verschieben unabhängig von thermischen Einflüssen zuverlässig in ihrer Position gehalten werden.
  • Diese Aufgabe wird erfindungsgemäß durch die Merkmale in den Kennzeichen des Patentanspruchs 1 gelöst, wonach eine erste axialen Position des Nockenträgers dadurch definiert ist, dass eine erste nockenträgerteste Anschlagsfläche an einer ersten zylinderkopffesten Anschlagsfläche anliegt.
    Entsprechend ist eine zweite axiale Position des Nockenträgers dadurch definiert, dass eine zweite nockenträgerfeste Anschlagsfläche an einer zweiten zylinderkopffesten Anschlagsfläche anliegt.
    Dabei ist vorgesehen, dass zwischen der Grundnockenwelle und dem mindestens einen Nockenträger Mittel zum Aufbringen einer axialen Spannkraft ausgebildet sind. Diese Spannkraft ist so gerichtet, dass der Nockenträger in der ersten axialen Position auch in die Richtung dieser ersten axialen Position verschoben wird. Ebenso wird der Nockenträger in der zweiten axialen Position auch in die Richtung dieser zweiten axialen Position verschoben. Diese Spannkraft ist dabei wirksam unabhängig von thermisch bedingten Ausdehnungseffekten des Ventiltriebs.
    Dabei ist vorgesehen, dass die erste nockenträgerfeste axiale Anschlagsfläche und die zweite nockenträgerfeste Anschlagsfläche Seitenflächen des mindestens einen Nockens des Nockenträgers sind.
  • Die erste zylinderkopffeste Anschlagsfläche und die zweite zylinderkopffeste Anschlagsfläche sind Seitenflächen des mindestens einen den Nockenträger umfassenden Nockenwellenlagers.
  • In einer vorteilhaften Weiterbildung der Erfindung ist vorgesehen, dass das Mittel zum Aufbringen einer axialen Spannkraft von der Grundnockenwelle auf den Nockenträger als Rastvorrichtung ausgebildet ist.
  • Die Rastvorrichtung weit ein in der Nockenwelle angeordnetes, in radialer Richtung beweglich gelagertes Rastmittel auf, wobei das Rastmittel durch eine Kraft in radialer Richtung nach außen vorzugsweise gegen die Innenfläche des Nockenträgers gedrückt wird. Entsprechend sind an der Innenseite des Nockenträgers mindestens zwei umlaufende und axial beabstandet Rastrillen ausgebildet, wobei die Rastrillen näherungsweise v-förmig im Nockenträger ausgebildet sind, und wodurch beide Seiten der Rastrille für das Rastmittel eine Rampe bilden. Dabei könnten die Rastrillen grundsätzlich auch in der Grundnockenwelle ausgebildet sein, wobei die Rastvorrichtung in dem Nockenträger angeordnet wäre.
  • In einer weiteren vorteilhaften Weiterbildung der Erfindung ist vorgesehen, dass die radial gerichtete Kraft die Rückstellkraft eines Federelementes ist.
  • In einer nächsten vorteilhaften Weiterbildung der Erfindung ist vorgesehen, dass das Arretiermittel ein Arretierbolzen ist, wobei die den Rastrillen zugewandte Seite des Arretierbolzens abgerundet ist.
  • In einer alternativen vorteilhaften Weiterbildung der Erfindung ist vorgesehen, dass das Arretiermittel eine Arretierkugel ist.
  • In einer letzten vorteilhaften Weiterbildung der Erfindung ist vorgesehen, dass auf der mindestens einen Grundnockenwelle für jeden Zylinder der Brennkraftmaschine ein Nockenträger angeordnet ist.
  • Im folgenden ist ein erfindungsgemäßer Ventiltrieb einer Brennkraftmaschine anhand von einem Ausführungsbeispiel im Zusammenhang mit sieben Figuren dargestellt und erläutert.
    • Fig.1
    Seitenansicht eines erfindungsgemäßen vierzylindrigen Verbrennungsmotors;
    Fig. 2
    Darstellung des Verbrennungsmotors von Fig. 1 in Ansicht II-II von Fig.1;
    Fig. 3
    Perspektivische Darstellung der im Verbrennungsmotor der Fig.1 und Fig. 2 eingebauten Nockenwellen mit abgenommener Zylinderkopfhaube
    Fig. 4
    Darstellung einer der beiden Nockenwellen im ausgebauten Zustand;
    Fig. 5
    Abschnitt der in Fig. 3 dargestellten Nockenwelle mit einem von einem Nockenwellenlagerbock umfassten Nockenträger;
    Fig. 6
    Schnittdarstellung des in Fig. 5 dargestellten Nockenträgers in der ersten Ventilhubsteuerposition;
    Fig. 7
    Schnittdarstellung des in Fig. 5 dargestellten Nockenträgers in der zweiten Ventilhubsteuerposition.
  • In den Figuren 1 bis 3 ist beispielhaft ein fremdgezündeter vierzylindriger Reihenverbrennungsmotor mit einem Zylinderkurbelgehäuse 30, mit einem darauf befestigtem Zylinderkopf 31 und mit einer Zylinderkopfhaube 33 dargestellt, die in bekannter herkömmlicher Weise ausgebildet sind. Pro Zylinder sind in bekannter nicht dargestellter Weise jeweils zwei Einlass- und zwei Auslassventile ausgebildet, wobei die Einlassventile von einer Einlassnockenwelle und die Auslassventile von einer Auslassnockenwelle 16 in bekannter Weise gesteuert betätigt werden. Hierzu sind die Einlassnockenwellen und die Auslassnockenwelle 16 parallel zur Motorlängsachse ausgerichtet und beiderseits der Zylinderreihe drehbar im Zylinderkopf 31 gelagert.
  • Die Auslassnockenwelle 16 und die Einlassnockenwelle, die aus einer Grundnockenwelle 1 und vier Nockenträgern 2 besteht, werden in bekannter, nicht näher dargestellter Weise angetrieben.
  • Figur 4 zeigt die Einlassnockenwelle, auf deren Grundnockenwelle 1 die vier als Hohlwellen ausgebildeten Nockenträger 2 axial beabstandet angeordnet sind. Die Nockenstücke 2 sind dabei auf der Grundnockenwelle 1 axial verschiebbar aber drehfest gelagert. Wie in den Figuren 3, 4, 5, 6 und 7 dargestellt ist an beiden Enden jedes Nockenträgers 2 ein Schneckentrieb mit einer als Vertiefung ausgebildeten Axialkurve 10 bzw. 11 angeordnet, die sich wendelförmig um die Nockenträgerachse windet.
    Auf jedem Nockenträger 2 sind zwei Nocken angeordnet, wobei bei jedem Nocken aus dem gleichen Grundkreis axial versetzt zwei unterschiedliche Nockenlaufbahnen 6, 7 bzw. 8, 9 hervorgehen. Der zwischen den zwei Nocken gelegene zylindrische Bereich der Mantelfläche jedes Nockenstücks 2 ist als Lagerfläche für ein Nockenwellenlager 3 ausgebildet.
    Wie in den Figuren 3, 5, 6 und 7 dargestellt ist jeder Nockenträger 2 mit dieser zylindrischen Lagerfläche in einem Nockenwellenlagerbock 3 des Zylinderkopfes 31 drehbar und axial verschiebbar gelagert.
    Die beiden dem Nockenwellenlagerbock 3 zugewandten Stirnflächen der Nocken sind als Anlageflächen 18 und 19 ausgebildet. Dem entsprechend sind die den Nocken zugewandten Stirnflächen des Nockenwellenlagerbocks 3 als Anlagefläche 17 bzw. 20 ausgebildet. Der Abstand zwischen den beiden Anlageflächen 17 und 18 der Nocken ist dabei größer als der Abstand der Anlageflächen 19 und 20 des Nockenwellenlagerbocks 3.
  • Dabei entspricht der maximale Abstand, den die Anlageflächen 17 und 19, bzw. die Anlageflächen 18 und 20 voneinander aufweisen können, der Breite der Nockenlaufbahnen 6, 7, 8, 9, sowie der Wegstrecke, die ein Nockenträger durch die Axialkurven 10 und 11 der Schneckentriebe verschoben werden kann.
    Die Gaswechselventile 27, 28 der Brennkraftmaschine werden von den Nocken über Schlepphebel 21 betätigt, die zur Reibungsreduzierung mit einer Rolle 23 ausgebildet sind.
    Den Schlepphebeln 21, 22 zugeordnet ist in herkömmlicher bekannter Weise ein im Zylinderkopf ausgebildetes Spielausgleichselement 25 bzw. 26.
  • Wie in den Figuren 6 und 7 dargestellt weist die Innenseite der Nockenträger 2 zwei zueinander parallele, axial beabstandete, den gesamten Innenumfang des Nockenträgers umlaufende Rastrillen 34, 35 auf. Die Rastrillen sind näherungsweise v-förmig ausgebildet, wobei die Kannten der v-förmigen Rastrille abgerundet sind.
    Die beiden Rastrillen 34, 35 sind mit von radial außen nach radial innen schräg verlaufenden Rillenwänden ausgebildet, die konische Flächen 36 bzw. 37 bilden, wobei die konische Fläche 36 der Rille 34 einen Steigungswinkel α zur Drehachse der Nockenwelle 1 und die Fläche 37 der Rille 35 einen Steigungswinkel β zur Drehachse der Nockenwelle 1 aufweist.
  • In der Nockenwelle ist - wie in den Figuren 5, 6, 7 dargestellt ist - in einer in radialer Richtung ausgebildeten Sackbohrung 38 eine Arretierkugel 40 bekannter Art verschiebbar gelagert. Die Arretierkugel 40 ist über einer Spiraldruckfeder 39, welche sich mit ihrem einen Ende in dem als Gegenlager ausgebildeten Boden der Sackbohrung 38 abstützt und welche sich mit dem anderen Ende an der Kugel 40 abstützt, derart vorgespannt, dass die Arretierkugel 40 nach radial außen gegen die radiale Innenfläche des Nockenträgers 2 vorgespannt an dieser anliegt.
    Der Abstand der konischen Flächen 36 und 37 der beiden Rillen 34 bzw. 35 zueinander sowie die axiale Position der Sackbohrung 38 sind dabei so aufeinander abgestimmt, dass bei Anlage der Anlagefläche 18 des Nockens 8 an der Anlagefläche 20 des Lagerbocks 3 die Arretierkugel 40 an der konischen Fläche 37 anliegt - wie in Figur 7 dargestellt ist - und dass bei Anlage der Anlagefläche 19 des Nockens 7 an der Anlagefläche 17 des Nockenlagerbocks 3 die Arretierkugel 40 an der konischen Fläche 36 der Rille 34 anliegt - wie in Figur 5 und Figur 6 dargestellt ist.
    Auf diese Weise wird in der in den Figuren 5 und 6 dargestellten Position des Nockenträgers 2, in der die Anlagefläche 19 des Nockens 7 an der Anlagefläche 17 des Lagerbocks 3 anliegt, über die Arretierkugel 40 und die konische Fläche 36 der Umfangsrille 34 eine Axialkraft von der Nockenwelle 1 in den Nockenträger 2 eingeleitet, die in Gegenrichtung zu der von der vom Lagerbock 3 über die Anlagefläche 17 auf die Anlagefläche 19 des Nockens 9 einwirkenden Axialkraft gerichtet ist. Auf diese Weise ist der Nockenträger 2 für beide axiale Richtungen fixiert.
    Bei der in Figur 7 dargestellten Position des Nockenträgers 2, in welcher die Anlagefläche 18 des Nockens 8 in Berührkontakt zur Anlagefläche 20 des Lagerbocks 3 steht, steht die Arretierkugel 40 in Berührkontakt zur konischen Fläche 37 der zweiten Umfangsrille 35, wodurch von der Nockenwelle 1 in den Nockenträger 2 eine Axialkraft eingeleitet wird, die der von der Anlagefläche 20 des Lagerbocks 3 über die auf die Anlagefläche 18 des Nockens 8 einwirkenden Axialkraft entgegengerichtet ist. Auch in dieser Betriebsposition ist der Nockenträger 2 axial in beide Richtungen fixiert.
    Eine gegenüber dem Zylinderkopf unterschiedliche Ausdehnungen der Grundnockenwelle bewirkt lediglich ein geringfügiges Verschieben des Kontaktpunktes zwischen der Kugel 40 und der konischen Fläche 36 (erste Position wie in Figur 6 dargestellt) oder der konischen Fläche 37 (zweite Position wie in Figur 7 dargestellt). Dabei wird weiterhin über die Kugel 40 entsprechend der Neigung α bzw. β der konischen Flächen 36, 37 die erforderliche Axialkraft in den Nockenträger 2 eingeleitet.
    Die Verstellung der Hubventilsteuerung von dem in den Figuren 5 und 6 dargestellten Betriebszustand in den in Figur 7 dargestellten Betriebszustand erfolgt dadurch, dass - wie in Figur 6 dargestellt ist - der Mitnehmerstift 14 eines im Zylinderkopf 31 angeordneten elektrischen Aktuators, welcher der Axialkurve 10 zugeordnet ist, in die als Vertiefung ausgebildete Axialkurve 10 eingreift. Durch die Drehung der Nockenwelle 1 und des Nockenträgers 2 wird durch Berührkontakt zwischen dem Mitnehmerstift 14 und den Rillenwänden der Axialkurve 10 der Nockenträger 2 axial soweit nach links verschoben, bis die durch die Feder 39 vorgespannte Kugel 40 in die Rille 35 des Nockenträgers 2 überläuft.
    Während die Kugel 40 bei weiterem axialen Verschieben des Nockenträgers 2 entlang der konischen Fläche 37 abrollt, bewegt sich die Anlagefläche 18 des Nockens 8 auf die Anlagefläche 20 des Lagerbocks 3 zu und gerät mit dieser in axialen Berührkontakt. Die Kugel 40 steht dabei immer noch in axialem Berührkontakt mit der Anlagefläche 37. Der Nockenträger 2 ist axial fixiert. Der Mitnehmerstift 14 wird mittels des elektrischen Aktuators 12 in bekannter Weise wieder aus der als Umfangsrille ausgebildeten Axialkurve 10 herausgezogen.
  • Zur Verstellung der Hubventilsteuerung von dem in Figur 7 dargestellten Betriebszustand für die Hubventilsteuerung in die in den in Figur 5 und Figur 6 dargestellten Betriebszustand wird der Mitnehmerstift 15 eines der Axialkurve 11 zugeordneten und im Zylinderkopf 31 angeordneten elektrischen Aktuators 13 vom Aktuator in die als Vertiefung ausgebildete Axialkurve 11 eingeführt.
    Durch die Drehung der Nockenwelle 1 wird über den Berührkontakt zwischen den Rillenwänden der Axialkurve 11 und dem Mitnehmerstift 15 der Nockenträgers 2 in Figur 7 axial nach rechts verschoben, so dass die Arretierkugel 40 entlang der Kontur der konischen Fläche 37 entgegen der Federkraft der Feder 39 zunächst aus der Rille 35 herausrollt bis die Arretierkugel 40 entlang der Kontur der konischen Fläche 36 in die Rille 34 durch die Rückstellkraft der Feder 39 eindringt und die Anlagefläche 17 des Nockens 7 in Berührkontakt mit der Anlagefläche 19 des Lagerbocks 3 kommt. Der Berührkontakt zwischen Mitnahmekugel 40 und konischer Fläche 36 bleibt erhalten. Der Nockenträger 2 ist durch die Anlage zwischen Anlagefläche 17 des Nockens 7 und der Anlagefläche 19 des Lagerbocks 3 einerseits und durch die Anlage zwischen Konus 36 und Arretierkugel 40 andererseits axial in beide Richtungen fixiert. Der Mitnehmerstift 15 wird mit Hilfe des elektrischen Aktuators 13 in bekannter Weise aus der Umfangsrille der Axialkurve 11 herausgezogen.
  • Die Betätigung der elektrischen Aktuatoren wir in bekannter, nicht näher dargestellter Weise vom nicht dargestellten Motorsteuergerät gesteuert.
  • Die Winkel α und β werden dabei so - je nach individuellem Erfordernis - dimensioniert, dass die erforderliche axiale Fixierkraft in den Betriebsstellungen für die Hubventilsteuerung gewährleistet und ein Lösen der Arretierverbindung nach Eingriff der Mitnahmestifte 14 bzw. 15 in die Umfangsrillen 10 bzw. 11 beim Verdrehen der Nockenwelle 1 in deren Betriebsrichtung sichergestellt ist. Beispielsweise sind die Winkel α und β gleich groß zwischen 15° und 45° beispielsweise zu jeweils 30° gewählt.
  • Auch wenn in den dargestellten Ausführungsbeispielen die konischen Flächen 36 und 37 längs ihrer axialen Erstreckung jeweils einen konstanten Steigungswinkel α und β aufweisen, ist es auch denkbar - soweit ein dynamischer Axialkraftverlauf sinnvoll ist -, die Steigung einer oder beider konischen Flächen 36 und 37 mit in axialer Richtung stetig veränderlichem Steigungswinkel α bzw. β auszubilden.
  • Die vier Nockenträger 2 der in den Figuren 3 und 4 dargestellten Nockenwelle 1, können auf diese Weise individuell durch die zugeordneten Aktuatoren 12 bzw. 13 zwischen ihren beiden Betriebspositionen zur Hubventlisteuerung verstellt werden.
  • Eine derartige Ausbildung der Verstellung der Hubventilsteuerung ist sowohl für eine lediglich Einlassventile steuernde Einlassnockenwelle 1 als auch auf einer lediglich Auslassventile steuernde Auslassnockenwelle 16 möglich. Ebenso ist es möglich, eine derartige Ausbildung auch auf einer Nockenwelle vorzusehen, die sowohl Einlassventile als auch Auslassventile steuert.
  • Bei einem Verbrennungsmotor, der - wie in den Figuren 1 bis 3 dargestellt ist - zwei Nockenwellen 1 und 16 aufweist, von denen die eine lediglich zur Steuerung der Einlassventile und die andere lediglich zur Steuerung der Auslassventile ausgebildet ist, ist es möglich die in den obigen Ausführungen dargestellte Verstellung der Hubventilsteuerung lediglich an einer der beiden Nockenwellen oder aber an beiden Nockenwellen auszubilden.
  • Eine derartige Ausbildung einer gesteuerten Verstellung der Hubventilsteuerung ist auch an Verbrennungsmotoren mit mehr oder weniger Zylindern als die im Ausführungsbeispiel dargestellten vier Zylinder möglich. Eine derartige Ausbildung der gesteuerten Verstellung der Hubventilsteuerung ist auch an unterschiedlichen Zylinderanordnungen von Motoren möglich, beispielsweise bei Reihenmotoren, V-Motoren oder VR- oder W-Motoren. Die dargestellte Hubventilsteuerungsverstellung ist sowohl an fremdgezündeten als auch an selbstgezündeten Verbrennungsmotoren möglich.

Claims (9)

  1. Ventiltrieb einer einen Zylinderkopf aufweisenden Brennkraftmaschine mit mindestens einer Nockenwelle (1), auf der drehfest und axial verschiebbar mindestens ein Nockenträger (3) angeordnet ist,
    • wobei der mindestens eine Nockenträger (3) mindestens einen Nocken (5, 6) aufweist, auf dem mindestens zwei unterschiedliche Nockenlaufbahnen (5.1, 5.2, 6.1, 6.2) ausgebildet sind,
    • wobei der mindestens eine Nockenträger (2) zur Lagerung der mindestens einen Nockenwelle (1,16) von mindestens einem zylinderkopffesten Nockenweltentager (3) umfasst ist,
    • wobei Mittel zum axialen Verschieben des mindestens einen Nockenträgers (2) gegenüber der mindestens einen Nockenwelle (1) zwischen einer ersten axialen Position und mindestens einer zweiten axialen Position vorgesehen sind,
    dadurch gekennzeichnet,
    • dass in der ersten axialen Position des Nockenträgers eine erste nockenträgerfeste Anschlagsfläche (17) an einer ersten zylinderkopffesten Anschlagsfläche anliegt,
    • dass in der zweiten axialen Position des Nockenträgers eine zweite nockenträgerfeste Anschlagsfläche (18) an einer zweiten zylinderkopffesten Anschlagsfläche anliegt, und
    • dass zwischen Nockenwelle (1) und Nockenträger (2) Mittel zum Aufbringen einer axialen Spannkraft ausgebildet sind, wobei die axiale Spannkraft den Nockenträger im Bereich der ersten axialen Position in Richtung der ersten axialen Position verschiebt, und im Bereich der zweiten axialen Position in Richtung der zweiten axialen Position verschiebt.
  2. Ventiltrieb nach Anspruch 1, dadurch gekennzeichnet, dass die erste nockenträgerfeste axiale Anschlagsfläche (17) und die zweite nockenträgerfeste Anschlagsfläche (17) Seitenflächen des mindestens einen Nockens sind.
  3. Ventiltrieb nach Anspruch 1 oder 2, dadurch gekennzeichnet, dass die erste zylinderkopffeste Anschlagsfläche und die zweite zylinderkopffeste Anschlagsfläche Seitenflächen des mindestens einen Nockenwellenlagers sind.
  4. Ventiltrieb nach einem der Ansprüche 1 bis 3, dadurch gekennzeichnet, dass das Mittel zum Aufbringen einer axialen Spannkraft von der Grundnockenwelle (1) auf den Nockenträger (2) als Rastvorrichtung ausgebildet ist.
  5. Ventiltrieb nach Anspruch 4, dadurch gekennzeichnet, dass die Rastvorrichtung ein in der Nockenwelle (1) angeordnetes, in radialer Richtung beweglich gelagertes Rastmittel (40) aufweist, wobei das Rastmittel (40) durch eine Kraft in radialer Richtung nach außen gegen die Innenfläche des Nockenträgers (2) gedrückt wird, und dass an der Innenseite des Nockenträgers (2) mindestens zwei umlaufende und axial beabstandet Rastrillen (36,37) ausgebildet sind, und dass die Rastrillen (36,37) v-förmig im Nockenträger ausgebildet sind, wodurch beide Seiten der Rastrille für das Rastmittel (40) eine Rampe bilden.
  6. Ventiltrieb nach Anspruch 5, dadurch gekennzeichnet, dass die radial gerichtete Kraft die Rückstellkraft eines Federelementes ist.
  7. Ventiltrieb nach Anspruch 5 oder 6, dadurch gekennzeichnet, dass das Arretiermittel (40) ein Arretierbolzen ist, und dass die den Rastrillen zugewandte Seite des Arretierbolzens abgerundet ist.
  8. Ventiltrieb nach Anspruch 5 oder 6, dadurch gekennzeichnet, dass das Arretiermittel eine Arretierkugel (40) ist.
  9. Ventiltrieb nach einem der Patentansprüche 1 bis 8, dadurch gekennzeichnet, dass auf der mindestens einen Grundnockenwelle (1) für jeden Zylinder der Brennkraftmaschine ein Nockenträger (2) angeordnet ist.
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