EP2082120B1 - Vorrichtung zur nockenwellenverstellung einer brennkraftmaschine - Google Patents

Vorrichtung zur nockenwellenverstellung einer brennkraftmaschine Download PDF

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EP2082120B1
EP2082120B1 EP08785345.3A EP08785345A EP2082120B1 EP 2082120 B1 EP2082120 B1 EP 2082120B1 EP 08785345 A EP08785345 A EP 08785345A EP 2082120 B1 EP2082120 B1 EP 2082120B1
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EP
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tappet
unit
camshaft
control groove
profile element
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Thomas Schiepp
Thomas Golz
Werner Janisch
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ETO Magnetic GmbH
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ETO Magnetic GmbH
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    • F01L1/04—Valve drive by means of cams, camshafts, cam discs, eccentrics or the like
    • F01L1/047—Camshafts
    • F01L1/053—Camshafts overhead type
    • F—MECHANICAL ENGINEERING; LIGHTING; HEATING; WEAPONS; BLASTING
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    • F01L—CYCLICALLY OPERATING VALVES FOR MACHINES OR ENGINES
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    • 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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    • F01L2013/0052—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 with cams provided on an axially slidable sleeve

Definitions

  • the present invention relates to a device for adjusting the camshaft of an internal combustion engine according to the preamble of the main claim. Furthermore, the present invention relates to a method for camshaft adjustment, in particular method for operating such a generic device.
  • a device is from the DE 196 11 641 C1 known.
  • This document describes the background and context of the invention, including the constructive realization of the camshaft, their storage and their interaction with the internal combustion engine, which is not discussed in detail in the present application.
  • this known device describes how an actuating element (plunger or actuating pin) by cooperation with a cam associated Hubprofil can cause an axial, predetermined adjustment of the camshaft, such as with the purpose to provide a cam different cam tracks switchable.
  • the known device typically requires several plungers (confirmation pins), such as the FIG. 2 of the DE 196 11 641 C1 , it can be seen, so that, depending on the axial displacement position of the Hubprofilan extract, each engage a suitably opposing pin and can cause the respective intended axial displacement.
  • This is structurally complex and requires a corresponding amount of installation space at the site.
  • a device for camshaft adjustment of an internal combustion engine wherein with a groove engaging ram position influencing can take place.
  • a valve train for an internal combustion engine in which an axially displaceable cam carrier is displaced via actuators which are arranged on the cylinder head of the internal combustion engine.
  • Object of the present invention is to simplify a controlled by plunger, superordinate device constructive, in particular the provision of multiple, axially spaced ram (actuating pins) to make unnecessary and to increase reliability and ease of maintenance.
  • the two different penetration depths according to the invention make it possible to provide the tappet unit at a (single) axial mounting location, which, depending on the set activation (penetration depth and / or width of the engagement portion of the tappet), Accordingly, the control grooves (grooves) can selectively select and depart, which then the intended respective axial displacement of the camshaft is effected upon rotation of the Hubprofilelements.
  • the plunger is designed in several parts by means of plunger elements (inner / outer plunger) guided into one another, advantageously in accordance with the invention in conjunction with an associated electromagnetic adjustment device which assigns each plunger to an armature unit which is preferably driven or moved separately from one another.
  • Figures 1 to 4 illustrate how the control grooves (in the manner of webs) in the Hubprofilelement shown (cam piece) run; as in this context, in particular the FIGS. 9 to 11 can recognize, the plunger unit has a (a narrow engaging portion 11 forming) inner plunger 10 and a surrounding sleeve-shaped outer plunger 12, wherein, in the manner to be described below, both plungers are actuated independently by electromagnetic control independently.
  • the inner tappet makes it possible to realize a greater penetration depth (in conjunction with a narrower groove profile, Figure 3 . 4 ), the wider outer tappet (hollow tappet) can not fully penetrate into the depth of such a narrow bottom region forming groove.
  • the present invention makes it possible by means of an example in the Fig. 9 to 11 shown two-piece ram unit to realize a total of relative movement (axial displacement) of the Hubprofilelementes between three positions (with the effect that a single - multi-part - ram unit must be mounted and accordingly no additional axial installation space with corresponding additional effort is needed).
  • the Fig. 5 illustrates first how, as shown by engagement of the extended inner tappet 10 in the deep groove shown (arrow 20 of the Fig. 5 ) a right shift of the scenery is effected, up to the position of Fig. 6 (The plunger position remains unchanged in all examples).
  • the outer tappet described with arrows 22 broad groove track so that then the backdrop shown is moved from the right position back to the normal position (middle position).
  • Fig. 7 shows how a left shift is effected from the middle position, by means of the outer sleeve;
  • Fig. 8 illustrates the reset from the left position to the basic position (center position) by means of inner tappets.
  • the groove or track courses of Fig. 5 to 8 Insofar serve to further clarify the structural design of the Hubprofilelements according to embodiment of the Fig. 1 to 4 ,
  • Fig. 9 to 11 show in schematic form the constructive realization of the actuator as an electromagnetic actuator with two anchors; an inner tappet (anchor) 10, which has a permanent magnet 14 for cooperation with a (stationary) core 13, and a second armature 12a, which merges into the hollow tappet.
  • the flat armature 12a (thus the hollow tappet 12) is moved downward.
  • the permanent magnet 14 of the inner tappet 10 ensures that in this operation, the inner tappet on the core 13 and thus in the in Fig. 9 shown, retracted position remains.
  • Fig. 10 shows the hollow rams extended in this way; a mark "X" of one of the coils symbolizes the energized state.
  • the permanent magnet To extend the inner tappet, the permanent magnet must be repelled by a coil I (reference numeral 18) (surrounding the core 13) (if the coil I is energized accordingly).
  • the hollow tappet (by means of the flat armature) is automatically pulled in the plane of the drawing up, so that the hollow tappet can not be extended, it results in the operating condition of Figure 11 ,

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  • General Engineering & Computer Science (AREA)
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  • Valve-Gear Or Valve Arrangements (AREA)

Description

  • Die vorliegende Erfindung betrifft eine Vorrichtung zur Nockenwellenverstellung einer Brennkraftmaschine nach dem Oberbegriff des Hauptanspruchs. Ferner betrifft die vorliegende Erfindung ein Verfahren zur Nockenwellverstellung, insbesondere Verfahren zum Betreiben einer derartigen, gattungsgemäßen Vorrichtung.
  • Eine Vorrichtung nach dem Oberbegriff des Hauptanspruchs ist aus der DE 196 11 641 C1 bekannt. Diese Druckschrift beschreibt den Erfindungshintergrund und -kontext, eingeschlossen die konstruktiven Realisierung der Nockenwelle, deren Lagerung sowie deren Zusammenwirken mit der Brennkraftmaschine,worauf in der vorliegenden Anmeldung nicht detailliert eingegangen wird.
  • Konkret beschreibt diese bekannte Vorrichtung gemäß dem Oberbegriff, wie ein Betätigungselement (Stößel oder Betätigungsstift) durch Zusammenwirken mit einem dem Nocken zugeordneten Hubprofil eine axiale, vorbestimmte Verstellung der Nockenwelle bewirken kann, etwa mit dem Zweck, einem Nocken verschiedene Nockenbahnen umschaltbar anzubieten.
  • Die bekannte Vorrichtung erfordert dabei typischerweise mehrere Stößel (Bestätigungsstifte), wie etwa der Figur 2 der DE 196 11 641 C1 , zu entnehmen ist, damit, je nach axialer Verschiebeposition der Hubprofilanordnung, jeweils ein geeignet gegenüberstehender Stift eingreifen und die jeweils beabsichtigte Axialverschiebung bewirken kann. Dies ist konstruktiv aufwendig und verlangt entsprechend viel Einbauraum am Einsatzort.
  • Aus der GB 10648 A ist eine Vorrichtung für Nockenwellenverstellung einer Brennkraftmaschine bekannt, wobei mit einem Nut eingreifenden Stößels eine Positionsbeeinflussung erfolgen kann. Ferner ist aus der DE 10 2005 003 079 A1 ein Ventiltrieb für eine Brennkraftmaschine bekannt, bei welcher ein axial verschiebbarer Nockenträger über Stellglieder verschoben wird, die am Zylinderkopf der Brennkraftmaschine angeordnet sind.
  • Aufgabe der vorliegenden Erfindung ist es, eine mittels Stößel gesteuerte, oberbegriffliche Vorrichtung konstruktiv zu vereinfachen, insbesondere das Vorsehen mehrerer, axial beabstandeter Stößel (Betätigungsstifte) unnötig zu machen und Betriebssicherheit sowie Wartungsfreundlichkeit zu erhöhen.
  • Die Aufgabe wird durch die Vorrichtung mit den Merkmalen des Hauptanspruchs sowie des unabhängigen Verfahrensanspruchs gelöst. Vorteilhafte Weiterbildungen der Erfindung sind in den Unteransprüchen beschrieben.
  • Erfindungsgemäß vorteilhaft ermöglichen die erfindungsgemäßen zwei verschiedenen Eindringtiefen (weiterbildungsgemäß in Verbindung mit einem mehrteiligen Stößel), dass an einem (einzigen) axialen Montageort die Stößeleinheit vorgesehen sein kann, die, je nach eingestellter Aktivierung (Eindringtiefe und/oder Breite des Einriffsabschnitts des Stößels), entsprechend die Steuernuten (Nutenbahnen) selektiv auswählen und abfahren kann, womit dann bei Drehung des Hubprofilelements die beabsichtigte jeweilige Axialverstellung der Nockenwelle bewirkt wird.
  • In bevorzugten Ausführungsformen ist der Stößel mehrteilig durch ineinander geführte Stößelelemente (Innen-/Außenstößel) ausgebildet, vorteilhaft weiterbildungsgemäß in Verbindung mit einer zugeordneten elektromagnetischen Stellvorrichtung, welche jedem Stößel eine -- weiter bevorzugt separat voneinander antreib- bzw. bewegbare -- Ankereinheit zuordnet.
  • Im Rahmen der vorliegenden Erfindung soll der Offenbarungsgehalt der DE 196 11 641 im Hinblick auf die konstruktive Realisierung der verschiebbar gelagerten Nockenwelle sowie des Brennkraftmaschinenkontexts als zur Erfindung gehörig in die vorliegende Anmeldung einbezogen gelten.
  • Weitere Vorteile, Merkmale und Einzelheiten der Erfindung ergeben sich aus der nachfolgenden kurzen Beschreibung der Ausführungsbeispiele sowie aus den Zeichnungen; diese zeigen in
    • Fig. 1 bis Fig. 4:
    verschiedene perspektivische bzw. seitliche Ansichten eines Hubprofilelementes, gemäß einer ersten Ausführungsform der Erfindung wie es zum Bewirken der Nockenwellenverstellung an bzw. auf einer Nockenwelle drehfest vorgesehen sein kann;
    Fig. 5 bis Fig. 7:
    vier mögliche Stellvorgänge, wie sie im ersten Ausführungsbeispiel der vorliegenden Erfindung möglich sind, in der Form einer abgewickelt gezeigten Nutenführung im Hubprofilelement der Fig. 1 bis 4;
    Fig. 9 bis Fig. 11:
    Längsschnitte durch eine elektromagnetische Stellvorrichtung, welche endseitig einen mehrgeteilten Stößel zur Realisierung der Stößeleinheit ausbildet.
  • Die Abbildungen 1 bis 4 verdeutlichen, wie die Steuernuten (in der Art von Bahnen) im gezeigten Hubprofilelement (Nockenstück) verlaufen; wie in diesem Zusammenhang insbesondere die Figuren 9 bis 11 erkennen lassen, weist die Stößeleinheit einen (einen schmalen Eingriffsbereich 11 ausbildenden) Innenstößel 10 sowie einen diesen umgebenden, hülsenförmigen Außenstößel 12 auf, wobei, in nachfolgend zu beschreibender Weise, beide Stößel separat durch elektromagnetische Ansteuerung unabhängig voneinander betätigbar sind. Der Innenstößel ermöglicht dabei das Realisieren einer größeren Eindringtiefe (in Verbindung mit einem schmaleren Nutenprofil, Abbildung 3, 4), der breitere Außenstößel (Hohlstößel) kann nicht vollständig in die Tiefe einer einen derartigen schmalen Bodenbereich ausbildenden Nut eindringen.
  • Erfindungsgemäß vorteilhaft ermöglicht es die vorliegende Erfindung, mittels einer exemplarisch in den Fig. 9 bis 11 gezeigten zweigeteilten Stößeleinheit, insgesamt eine Relativbewegung (Axialverschiebung) des Hubprofilelementes zwischen drei Positionen zu realisieren (mit der Wirkung, dass ein einziges -- mehrteiliges -- Stößelaggregat montiert werden muss und entsprechend kein zusätzlicher axialer Einbauraum mit entsprechenden Zusatzaufwand nötig ist).
  • Die Abwicklungen der Fig. 5 bis 8 der jeweiligen Nutenbahnverläufe (Steuernuten) sind dabei symbolisiert durch dicke schwarze Striche bzw. Strichabschnitte (d.h. breite Nut) sowie gestrichelte/gepunktete Nutenbahnverläufe (schmale Nut), bei Überlappen auch innerhalb einer breiten Nut vertieft verlaufende schmale Nut. Weiterhin wird der zweigeteilte Stößel symbolisiert durch einen schwarzen Punkt (Fig. 1, Fig. 8, nämlich Aktivierung durch den Innenstößel), sowie einen Kreis bzw. Ring als Symbol (Fig. 6, Fig. 7), entsprechend dem hülsenförmigen Hohl- bzw. Außenstößel.
  • Die Fig. 5 verdeutlicht zunächst, wie durch Eingriff des ausgefahrenen Innenstößels 10 in die gezeigte tiefe Nut (Pfeilverlauf 20 der Fig. 5) eine Rechtsverschiebung der Kulisse bewirkt wird, bis zur Position der Fig. 6 (die Stößelposition verbleibt bei allen Beispielen unverändert). In der Position der Fig. 6 würde, mit dem Zweck eines Zurückführens in eine Grundstellung (Mittelstellung), der Außenstößel die mit Pfeilen 22 beschriebene breite Nutenbahn beschreiben, so dass dann die gezeigte Kulisse von der rechten Position zurück in die Grundstellung (Mittelstellung) verschoben wird.
  • Fig. 7 zeigt dann, wie aus der Mittelstellung eine Linksverschiebung bewirkt wird, mittels der Außenhülse; Fig. 8 verdeutlicht das Zurücksetzen aus der linken Position in die Grundstellung (Mittelstellung) mittels Innenstößel. Die Nut- bzw. Bahnverläufe der Fig. 5 bis 8 dienen insoweit zur weiteren Verdeutlichung des konstruktiven Aufbaus des Hubprofilelements gemäß Ausführungsbeispiel der Fig. 1 bis 4.
  • Die Fig. 9 bis 11 zeigen in schematischer Form die konstruktive Realisierung der Betätigungsvorrichtung als elektromagnetische Stellvorrichtung mit zwei Ankern; einem Innenstößel -(-anker) 10, welcher zum Zusammenwirken mit einem (stationären) Kern 13 einen Permanentmagneten 14 aufweist, und einem zweiten Anker 12a, welcher in den Hohlstößel übergeht.
  • Durch Bestromen einer Spule II (Bezugszeichen 16) wird der Flachanker 12a(damit der Hohlstößel 12) abwärts bewegt. Der Permanentmagnet 14 des Innenstößels 10 sorgt dagegen dafür, dass bei diesem Betriebsvorgang der Innenstößel am Kern 13 und damit in der in Fig. 9 gezeigten, eingeschobenen Stellung verbleibt.
  • Fig. 10 zeigt den auf diese Weise ausgefahrenen Hohlstößel; eine Markierung "X" einer der Spulen symbolisiert den bestromten Zustand.
  • Zum Ausfahren des Innenstößels muss der Permanentmagnet von einer (den Kern 13 umgebenden) Spule I (Bezugszeichen 18) abgestoßen werden (bei entsprechender Bestromung der Spule I). Hierbei wird automatisch der Hohlstößel (mittels des Flachankers) in der Zeichnungsebene nach oben gezogen, so dass der Hohlstößel nicht ausgefahren werden kann, es ergibt sich der Betriebszustand der Abbildung 11.

Claims (12)

  1. Vorrichtung zur Nockenwellenverstellung einer Brennkraftmaschine mit
    einem auf oder an einer axial verschieblich gelagerten Nockenwelle drehfest vorgesehenen, eine Steuernut (20, 22) anbietenden Hubprofilelement
    und einer Steuereinheit zum Bewirken einer vorbestimmten Axialverschiebung der Nockenwelle, wobei die Steuereinheit eine bevorzugt radial zur Nockenwelle bewegliche, zum steuerbaren Eingreifen in das Hubprofilelement ausgebildete Stößeleinheit (10,12) aufweist,
    wobei
    das Hubprofilelement eine erste Steuernut (20) ausbildet, welche zum Zusammenwirken mit der Stößeleinheit in einer ersten Eindringtiefe zum Beschreiben einer ersten Axialbewegung der Nockenwelle ausgebildet ist und
    das Hubprofilelement eine zweite Steuernut (22) ausbildet, dadurch gekennzeichnet, dass die zweite Steuernut (22) zum Zusammenwirken mit der Stößeleinheit in einer zweiten, von der ersten Eindringtiefe verschiedenen Eindringtiefe zum Beschreiben einer zweiten, von der ersten Axialbewegung verschiedenen zweiten Axialbewegung der Nockenwelle ausgebildet ist.
  2. Vorrichtung nach Anspruch 1, dadurch gekennzeichnet, dass die erste und die zweite Steuernut (20, 22) einander benachbart in einem gemeinsamen und/oder einstückig ausgebildeten Hubprofilelement vorgesehen sind.
  3. Vorrichtung nach Anspruch 1 oder 2, dadurch gekennzeichnet, dass die erste und die zweite Steuernut im Hubprofilelement zumindest bereichsweise ineinander übergehen.
  4. Vorrichtung nach einem der Ansprüche 1 bis 3, dadurch gekennzeichnet, dass die Stößeleinheit so ausgebildet ist, dass die Stößeleinheit zum Eingreifen in die erste und die zweite Steuernut eingriffsseitig zwischen der ersten und der zweiten Eindringtiefe umschaltbar und/oder zum Ausbilden eines in der Breite veränderlichen Eingriffsabschnitts (11,12) einstellbar oder umschaltbar ist.
  5. Vorrichtung nach einem der Ansprüche 1 bis 4, dadurch gekennzeichnet, dass die Stößeleinheit eingriffsseitig eine bevorzugt zylindrische Anordnung mit einem Innenstößel (10) und einem bevorzugt diesen konzentrisch umgebenden, hülsenartigen Außenstößel (12) aufweist.
  6. Vorrichtung nach Anspruch 5, dadurch gekennzeichnet, dass der Innenstößel und der Außenstößel der ersten (20) bzw. der zweiten (22) Steuernut und/oder der ersten bzw. der zweiten Eindringtiefe zugeordnet sind.
  7. Vorrichtung nach Anspruch 5 oder 6, dadurch gekennzeichnet, dass der Innenstößel und der Außenstößel unabhängig voneinander ansteuer- und/oder betreibbar ausgebildet sind.
  8. Vorrichtung nach einem der Ansprüche 1 bis 7, dadurch gekennzeichnet, dass die erste und die zweite Steuernut so ausgebildet sind, dass durch Wirkung der die Stößeleinheit ansteuernden Steuereinheit die Nockenwelle mittels der ersten Axialbewegung sowie der zweiten Axialbewegung aus einer Ausgangsstellung in eine erste axial verschobene Stellung und zurück in die Ausgangsstellung verstellt werden kann.
  9. Vorrichtung nach einem der Ansprüche 1 bis 8, dadurch gekennzeichnet, dass die Stößeleinheit (10, 12) mittels einer elektromagnetischen Stellvorrichtung (12, 13, 14, 18) angetrieben wird, wobei die Stößeleinheit mit einer als Realtion auf eine Bestromung einer bevorzugt stationären Spuleneinheit (18) bewegbaren Ankereinheit der elektromagnetischen Stellvorrichtung zusammenwirkt.
  10. Vorrichtung nach Anspruch 9, dadurch gekennzeichnet, dass die Ankereinheit entsprechend einer mehrteilig und unabhängig voneinander ansteuerbar realisierten Stößeleinheit mehrteilig mit einem ersten (12) und einem zweiten (14) Anker aufgebaut ist.
  11. Vorrichtung nach Anspruch 10, dadurch gekennzeichnet, dass einer der Anker zum Zusammenwirken mit einer bevorzugt stationären Kerneinheit eine Permanentmagneteinheit aufweist, die so eingerichtet ist, dass als Reaktion auf eine Bewegung des anderen Ankers die Permanentmagneteinheit das Bewegen des einen Ankers verhindert.
  12. Verfahren zur Nockenwellenverstellung einer Brennkraftmaschine, insbesondere Verfahren zum Betreiben einer Vorrichtung nach einem der Ansprüche 1 bis 11, gekennzeichnet durch die Schritte:
    - Ansteuern einer Stößeleinheit zum Zusammenwirken mit einer ersten Steuernut eines Hubprofilelements zum axialen Verschieben einer Nockenwelle in eine erste axial verschobene Stellung;
    - Ansteuern der Stößeleinheit zum Zusammenwirken mit einer im Hubprofilelement gebildeten zweiten Steuernut zum Verschieben der Nockenwelle aus der ersten axialen Verschiebeposition in eine zweite, von der ersten verschiedenen axiale Verschiebepostion,
    - wobei die Stößeleinheit zum Zusammenwirken mit der ersten und der zweiten Steuernut zwischen einer ersten und zweiten Eindringtiefe und/oder zwischen einer ersten und zweiten, für den Nuteneingriff wirksamen Eingriffsbreite umgeschaltet wird.
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