EP2396522B1 - Ventiltrieb einer brennkraftmaschine - Google Patents

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EP2396522B1
EP2396522B1 EP10704501.5A EP10704501A EP2396522B1 EP 2396522 B1 EP2396522 B1 EP 2396522B1 EP 10704501 A EP10704501 A EP 10704501A EP 2396522 B1 EP2396522 B1 EP 2396522B1
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EP
European Patent Office
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cam
section
axial
excursion
groove
Prior art date
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EP10704501.5A
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English (en)
French (fr)
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EP2396522A1 (de
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Harald Elendt
Lars PFÜTZENREUTER
Axmacher Detlef
Andreas Nendel
Markus Schnepp
Mathias Boegershausen
Heiko Schmidt
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Schaeffler Technologies AG and Co KG
Original Assignee
Schaeffler Technologies AG and Co KG
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Publication date
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    • F01L—CYCLICALLY OPERATING VALVES FOR MACHINES OR ENGINES
    • 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
    • F—MECHANICAL ENGINEERING; LIGHTING; HEATING; WEAPONS; BLASTING
    • F01—MACHINES OR ENGINES IN GENERAL; ENGINE PLANTS IN GENERAL; STEAM ENGINES
    • F01L—CYCLICALLY OPERATING VALVES FOR MACHINES OR ENGINES
    • F01L1/00—Valve-gear or valve arrangements, e.g. lift-valve gear
    • F01L1/02—Valve drive
    • F01L1/04—Valve drive by means of cams, camshafts, cam discs, eccentrics or the like
    • F01L1/047—Camshafts
    • F01L2001/0471—Assembled camshafts
    • F01L2001/0473—Composite camshafts, e.g. with cams or cam sleeve being able to move relative to the inner camshaft or a cam adjusting rod
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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
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    • Y10—TECHNICAL SUBJECTS COVERED BY FORMER USPC
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    • Y10T29/00—Metal working
    • Y10T29/49—Method of mechanical manufacture
    • Y10T29/49229—Prime mover or fluid pump making
    • Y10T29/49293—Camshaft making

Definitions

  • the invention relates to a valve train of an internal combustion engine, comprising a carrier shaft and a rotatably mounted thereon and slidably disposed between two axial cam piece comprising at least one cam group immediately adjacent cams with different cam lobes and a Axialkulisse with two axially peripherally
  • Axialkulisse actuator for moving the cam piece in the direction of both cam tracks.
  • Such a valve train which is used for variable actuation of gas exchange valves by means of sliding cam and in which a single actuator per cam piece is sufficient to move the cam piece in the direction of both cam tracks of Axialkulisse is considered from the considered generic DE 101 48 177 A1 previously known.
  • There two cam pieces are disclosed with alternatively designed Axialkulissen, wherein the first Axialkulisse has a central guide bar to form inner guide walls for the actuator in the form of a dipping into the Axialkulisse cylindrical pin and the second Axialkulisse consists only of outer guide walls.
  • the latter embodiment has the advantage that the production cost for the axial slide is significantly smaller due to the omission of the guide bar.
  • a considerable risk in terms of the reliability of the valve train in this embodiment is that the displacement of the cam piece is completed completely, ie without a fault, if the mass inertia of the cam piece is sufficient to pass it through the crossing region of the curved paths without force of the cylinder pin to a certain extent in free flight to move to its other end position.
  • a prerequisite for the sufficient inertia of the cam piece is of course a minimum speed of the camshaft, which directly from the friction between the cam piece and the Carrier shaft is dependent.
  • a displacement of the cam piece rotating below this minimum rotational speed can cause the cam piece to stop "halfway" and a cam follower acting on the gas exchange valve to be acted upon by several cams of the cam group uncontrolled and under high mechanical loads simultaneously.
  • a valve train having the features of the preamble of claim 1 is also known from DE 101 48 178 A1 and the DE 10 2007 037 232 A1 out.
  • the present invention is therefore the object of a valvetrain of the type mentioned in such a way that the said functional limitations and risks are at least partially eliminated.
  • the object is therefore, when using a single actuator for both Verschieberungen even at low speeds of the camshaft, for example during the starting process of the internal combustion engine, a successful, i. ensure complete switching of the cam piece.
  • the curved paths should be arranged one behind the other in the circumferential direction of the axial slide.
  • a significant difference of the invention over the prior art thus relates to the mutual arrangement of the curved paths on the Axialkulisse, which now consecutively, ie in series, and no longer next to each other, ie in parallel, run and therefore no longer intersect. Due to the omission of the crossing region, the displacement of the cam piece takes place under permanent forced guidance of the axial slide against the actuating element coupled thereto, so that a complete switching operation of the cam piece is ensured even at the lowest rotational speeds of the camshaft.
  • the cam tracks are each formed as a groove and the actuating element as engaging in the grooves cylindrical pin.
  • the curved paths are each of successive track sections composed with different axial strokes of the groove bounding groove walls, namely an entry section without Axialhub, a ramp section and a lifting section, wherein the lifting section has a significantly greater axial acceleration than the ramp section.
  • the cams should have a common base circle area, which begins at the latest with the ramp portion of the first curved path and ends at the earliest with the lifting portion of the second curved path. Since the common base circle region is to be understood as the angular range of the cam piece in which all the cams of the cam group are free of elevation, the displacement of the cam piece takes place only when the gas exchange valve associated with the cam group is closed and the cam to be engaged during the entire displacement operation also located in its base circle position. Thus, during the displacement process, no valve spring forces increasing the friction between the cam piece and the carrier shaft act on the cam piece. In order to keep the axial acceleration of the cam piece as small as possible, the beginning and the end of the base circle area and of the shifting process are ideally identical.
  • the lifting sections may each be composed of successive Operahubabitesen with different radial strokes of the groove delimiting groove base, namely a first Operahubabites without radial stroke and a second Operahubabites with radially outwardly uplifting groove bottom.
  • the actuating pin is "ejected" only in axialkraft laminate state from the radially rising groove in its non-engaging rest position
  • the cam angle of the lifting sections can be maximized for a given length of the intermediate section.
  • FIG. 1 a section of a variable valve train of an internal combustion engine essential for the understanding of the invention is disclosed.
  • the valve train points a camshaft 1, which a carrier shaft 2 and - the number of cylinders of the internal combustion engine accordingly - rotatably thereto and slidably disposed between two axial positions cam pieces 3 comprises.
  • the carrier shaft 2 are provided with an outer longitudinal toothing and the cam piece 3 with a corresponding inner longitudinal toothing.
  • the teeth are known per se and not shown here.
  • the cam piece 3 has on both sides of a bearing 4 arranged cam groups, each with two immediately adjacent cams 5 and 6, which have different cam elevations at the same base circle radius.
  • the displacement of the cam piece takes place outside the cam elevations during the common base circle region of the cams 5, 6.
  • the cam elevations are each in a known manner by a cam follower symbolized here only by a cam roller 7, e.g. a drag lever, selectively transmitted in dependence on the instantaneous axial position of the cam piece 3 to a gas exchange valve, not shown.
  • the different cam elevations are to be understood as meaning different amounts of the respective cam lift and / or different valve control times of the cams 5, 6.
  • the cam piece 3 is provided with a manufactured as a single part and joined by means of interference fit Axialkulisse 8.
  • Axialkulisse 8 On the circumference of the Axialkulisse 8 are two axially oppositely extending and circumferentially of the Axialkulisse 8 successively arranged cam tracks 9, 10 are formed in the form of grooves, in which an actuating element 11 can be coupled.
  • the actuating element 11 is a cylindrical pin, which is part of a likewise known actuator, which is not explained here, for such valve trains.
  • the cylinder pin 11 is axially fixed relative to the camshaft 1, but arranged radially displaceable in the internal combustion engine and serves to move the cam piece 3 in the direction of both cam tracks 9, 10th
  • FIGS. 1 to 6 The design of the curved paths 9, 10 results from a synopsis of FIGS. 2 to 6 .
  • the in the FIGS. 2 to 4 shown views on the axial slide 8 correspond to the view arrows x, y and z in FIG. 5 in which the axial slide 8 shown in side view is additionally provided with a radial control diagram of the cam tracks 9, 10 according to the dashed line.
  • the in the FIGS. 1, 2 and 5 Arrows indicated represent the direction of rotation of the camshaft 1.
  • a complete lift diagram with radial and axial stroke of the cam tracks 9, 10 as a function of the camshaft angle goes out FIG. 6 out.
  • the two cam tracks 9, 10 each consist of successive track sections with different axial strokes (solid line in FIG FIG. 6 ) of the groove bounding groove walls 12 together.
  • These track sections are an entry section F or C without axial stroke, a ramp section A or D for compensating axial position tolerances of the cylindrical pin 11 relative to the groove walls 12 and a lift section B or E, wherein the axial acceleration of the lift sections B, E is significantly greater than that of the ramp sections A, D.
  • the common base circle area of the cams 5, 6 is identical to the track sections A to E, ie the common base circle area begins with the ramp section A of the first cam track 9 and ends with the Lifting section E of the second curved path 10.
  • the cam elevations of the cams 5, 6 are in the region of the entry section F.
  • the lifting sections B and E are each composed of successive Operahubabrisken B1 and B2 or E1 and E2, which in the radial stroke of the groove bottom 13 (dashed line in FIGS. 5 and 6 ).
  • the first Operahubabriske B1 and E1 a groove bottom 13 with constant and identical to the sections F and A and C and D depth, while the groove base 13 rises radially outwardly over the second Operahubabriske B2 and E2 to the cylinder pin 11 already eject during the sliding operation of the cam piece 3 from the respective groove in its non-engaging rest position.
  • the switching of the cam piece 3 along the first cam track 9, ie from the currently active cam 5 on the cam 6 see FIG.
  • the locking device comprises two in a formed as a through hole radial bore 14 of the support shaft 2 diametrically opposed, slidably mounted locking body 15 and the inner circumference of the cam piece 3 extending, as circumferential grooves formed locking grooves 16 and 17, in which the force-loaded by a spring means 18 in radially outward direction locking body 15 are engaged in the respective associated axial positions.
  • the locking bodies 15 are unilaterally open, thin-walled Blechumformmaschine.
  • the open side is each as mounted in the radial bore 14 and formed as a helical compression spring spring means 18 enclosing hollow cylinder, while it is in the subsequent closed side each in the direction of the locking grooves 16, 17 tapered hollow body, the first conical and the front side is spherical.
  • the locking body 15 are provided in the conical portion of the hollow body with a pressure relief opening 19.
  • the function of the locking device is not limited to the fixation of the cam piece 3 in the two axial positions, but also includes a braking of the cam piece 3 in its axial movement towards the end of Operahubabitese B2 and E2.
  • This braking is generated by contact friction of the spring-loaded locking body 15 on the both sides of the apex point 20 axially adjacent groove walls of the locking grooves 16, 17.
  • the locking grooves 16, 17 are geometrically identical and the vertex 20 - based on the distance of the locking grooves 16, 17 associated axial positions of the cam piece 3 - runs centrally.

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Description

    Gebiet der Erfindung
  • Die Erfindung betrifft einen Ventiltrieb einer Brennkraftmaschine, mit einer Nockenwelle, die eine Trägerwelle sowie ein darauf drehfest und zwischen zwei Axialpositionen verschiebbar angeordnetes Nockenstück umfasst, das zumindest eine Nokkengruppe unmittelbar benachbarter Nocken mit unterschiedlichen Nockenerhebungen und eine Axialkulisse mit zwei sich an deren Umfang axial gegenläufig erstrekkenden Kurvenbahnen aufweist, und mit einem mit der Axialkulisse koppelbaren Betätigungselement zum Verschieben des Nockenstücks in Richtung beider Kurvenbahnen.
    • Hintergrund der Erfindung
  • Ein derartiger Ventiltrieb, der zur variablen Betätigung von Gaswechselventilen mittels verschiebbarer Nocken dient und bei dem ein einziges Betätigungselement je Nockenstück ausreichend ist, um das Nockenstück in Richtung beider Kurvenbahnen der Axialkulisse zu verschieben, ist aus der als gattungsbildend betrachteten DE 101 48 177 A1 vorbekannt. Dort sind zwei Nockenstücke mit alternativ ausgestalteten Axialkulissen offenbart, wobei die erste Axialkulisse einen mittigen Führungssteg zur Bildung innerer Führungswände für das Betätigungselement in Form eines in die Axialkulisse eintauchenden Zylinderstifts aufweist und die zweite Axialkulisse lediglich aus äußeren Führungswänden besteht.
  • Letztere Ausgestaltung hat den Vorteil, dass der Fertigungsaufwand für die Axialkulisse durch den Entfall des Führungsstegs deutlich kleiner ist. Ein im Hinblick auf die Funktionssicherheit des Ventiltriebs beträchtliches Risiko besteht bei dieser Ausgestaltung jedoch darin, dass der Verschiebevorgang des Nockenstücks nur dann vollständig, d.h. fehlschaltungsfrei abgeschlossen wird, wenn die Massenträgheit des Nockenstücks ausreichend ist, um es nach Durchfahren des Kreuzungsbereichs der Kurvenbahnen auch ohne Zwangseinwirkung des Zylinderstifts gewissermaßen im Freiflug in seine andere Endposition zu bewegen. Voraussetzung für die ausreichende Massenträgheit des Nockenstücks ist selbstverständlich eine Mindestdrehzahl der Nockenwelle, welche direkt von der Reibung zwischen dem Nockenstück und der Trägerwelle abhängig ist. Ein Verschieben des unterhalb dieser Mindestdrehzahl rotierenden Nockenstücks kann dazu führen, dass das Nockenstück "auf halbem Wege" stehen bleibt und ein das Gaswechselventil beaufschlagender Nockenfolger von mehreren Nocken der Nockengruppe unkontrolliert und unter hohen mechanischen Belastungen gleichzeitig beaufschlagt wird. Zudem besteht in diesem Fall keine Möglichkeit mehr, das Nockenstück mittels des Zylinderstifts nachträglich in eine der Endpositionen zu verlagern, da dann die axiale Zuordnung zwischen dem Zylinderstift und den äußeren Führungswänden nicht mehr gegeben ist.
  • Dieses Funktionsrisiko ist zwar bei der ersteren Ausgestaltung der Axialkulisse mit mittigem Führungssteg, dessen innere Führungswände bei niedrigen Drehzahlen des Nockenstücks als den Zylinderstift weiter beschleunigende Zwangsführung wirken, deutlich geringer. Dennoch besteht auch hierbei die Gefahr, dass der Zylinderstift nach Durchfahren des Kreuzungsbereichs nicht in die vorgegebene Kurvenbahn einspurt, sondern mit der Stirnseite des Führungsstegs ebenfalls unter hoher mechanischer Belastung kollidiert.
  • Ein Ventiltrieb mit den Merkmalen des Oberbegriffs von Anspruch 1 geht ebenfalls aus der DE 101 48 178 A1 und der DE 10 2007 037 232 A1 hervor.
    • Aufgabe der Erfindung
  • Der vorliegenden Erfindung liegt daher die Aufgabe zugrunde, einen Ventiltrieb der eingangs genannten Art so fortzubilden, dass die genannten Funktionseinschränkungen und -risiken zumindest teilweise beseitigt sind. Konkret ausgedrückt besteht die Aufgabe also darin, bei Verwendung eines einzigen Betätigungselements für beide Verschieberichtungen auch bei niedrigen Drehzahlen der Nockenwelle, beispielsweise während des Startvorgangs der Brennkraftmaschine, einen erfolgreichen, d.h. vollständigen Umschaltvorgang des Nockenstücks zu gewährleisten.
    • Zusammenfassung der Erfindung
  • Die Lösung dieser Aufgabe ergibt sich aus den kennzeichnenden Merkmalen des Anspruchs 1, während vorteilhafte Weiterbildungen und Ausgestaltungen der Erfindung den Unteransprüchen entnehmbar sind. Demnach sollen die Kurvenbahnen in Umfangsrichtung der Axialkulisse hintereinander angeordnet sein. Ein wesentlicher Unterschied der Erfindung gegenüber dem bekannten Stand der Technik betrifft also die gegenseitige Anordnung der Kurvenbahnen auf der Axialkulisse, welche nun hintereinander, d.h. in Reihenschaltung, und nicht mehr nebeneinander, d.h. in Parallelschaltung, verlaufen und sich folglich auch nicht mehr kreuzen. Durch den Entfall des Kreuzungsbereichs erfolgt die Verschiebung des Nockenstücks unter permanenter Zwangsführung der Axialkulisse gegenüber dem damit gekoppeltem Betätigungselement, so dass ein vollständiger Umschaltvorgang des Nockenstücks auch bei niedrigsten Drehzahlen der Nockenwelle gewährleistet ist.
  • Hinsichtlich der Kopplung des Betätigungselements mit der Axialkulisse sind die Kurvenbahnen jeweils als Nut und das Betätigungselement als in die Nuten eingreifender Zylinderstift ausgebildet. Vorzugsweise sind dabei die Kurvenbahnen jeweils aus aufeinander folgenden Bahnabschnitten mit unterschiedlichen Axialhüben der die Nut begrenzenden Nutwände zusammengesetzt, nämlich einem Einfahrabschnitt ohne Axialhub, einem Rampenabschnitt und einem Hubabschnitt, wobei der Hubabschnitt eine deutlich größere Axialbeschleunigung als der Rampenabschnitt aufweist.
  • Außerdem sollen die Nocken einen gemeinsamen Grundkreisbereich haben, der spätestens mit dem Rampenabschnitt der ersten Kurvenbahn beginnt und frühestens mit dem Hubabschnitt der zweiten Kurvenbahn endet. Da unter dem gemeinsamen Grundkreisbereich der Winkelbereich des Nockenstücks zu verstehen ist, in welchem sämtliche Nocken der Nockengruppe erhebungsfrei sind, erfolgt die Verschiebung des Nockenstücks lediglich dann, wenn das der Nockengruppe zugeordnete Gaswechselventil geschlossen ist und sich der in Eingriff zu bringende Nocken während des gesamten Verschiebevorgangs ebenfalls in dessen Grundkreisstellung befindet. Somit wirken während des Verschiebevorgangs keine die Reibung zwischen Nockenstück und Trägerwelle erhöhenden Ventilfederkräfte auf das Nockenstück. Um die Axialbeschleunigung des Nockenstücks so gering wie möglich zu halten, sind der Beginn und das Ende vom Grundkreisbereich und vom Verschiebevorgang idealerweise identisch.
  • Ferner können die Hubabschnitte jeweils aus aufeinander folgenden Teilhubabschnitten mit unterschiedlichen Radialhüben des die Nut begrenzenden Nutgrunds zusammengesetzt sein, nämlich einem ersten Teilhubabschnitt ohne Radialhub und einem zweiten Teilhubabschnitt mit sich radial auswärts erhebendem Nutgrund. Im Gegensatz zu den im Stand der Technik bekannten Nutgeometrien, bei denen der Betätigungsstift erst im axialkraftfreien Zustand aus der radial ansteigenden Nut in seine eingriffslose Ruheposition "ausgeworfen" wird, ist es vorliegend zweckmäßig, den Axialhub und den Radialhub der Nut zu überlagern, um den jeweils zur Verfügung stehenden Nockenwinkel der Hubabschnitte zu maximieren und folglich die vergleichsweise hohen Axialbeschleunigungen in den Hubabschnitten auf ein mechanisch beherrschbares Niveau zu beschränken.
  • Vor demselben Hintergrund ist es schließlich vorgesehen, dass jeweils der zweite Teilhubabschnitt und der Einfahrabschnitt unmittelbar aneinander grenzen, wobei der Nutgrund am Übergang vom zweiten Teilhubabschnitt zum Einfahrabschnitt radial steil abfallend verläuft. Insbesondere bei einem bezüglich des Umfangs der Axialkulisse senkrecht abfallenden Nutgrund, d.h. bei einem Summenwinkel der Kurvenbahnen von 360°, können somit die Nockenwinkel der Hubabschnitte bei gegebener Länge des dazwischen liegenden Einfahrabschnitts maximiert werden.
    • Kurze Beschreibung der Zeichnungen
  • Weitere Merkmale der Erfindung ergeben sich auf der nachfolgenden Beschreibung und aus den Zeichnungen, in denen ein Ausführungsbeispiel der Erfindung dargestellt ist. Es zeigen:
    • Figur 1
    einen Ausschnitt eines erfindungsgemäßen Ventiltriebs im Längsschnitt;
    Figur 2
    die Axialkulisse in einer ersten perspektivischen Ansicht X gemäß Figur 5;
    Figur 3
    die Axialkulisse in einer zweiten perspektivischen Ansicht Y gemäß Figur 5;
    Figur 4
    die Axialkulisse in einer dritten perspektivischen Ansicht Z gemäß Figur 5;
    Figur 5
    eine Seitenansicht der Axialkulisse gemäß Figur 1 mit radialem Steuerdiagramm und
    Figur 6
    ein vollständiges Hubdiagramm der Axialkulisse.
    Detaillierte Beschreibung der Zeichnungen
  • In Figur 1 ist ein für das Verständnis der Erfindung wesentlicher Ausschnitt eines variablen Ventiltriebs einer Brennkraftmaschine offenbart. Der Ventiltrieb weist eine Nockenwelle 1 auf, die eine Trägerwelle 2 sowie - der Zylinderzahl der Brennkraftmaschine entsprechend - darauf drehfest und zwischen zwei Axialpositionen verschiebbar angeordnete Nockenstücke 3 umfasst. Zwecks Axialverschiebung sind die Trägerwelle 2 mit einer Außenlängsverzahnung und das Nockenstück 3 mit einer entsprechenden Innenlängsverzahnung versehen. Die Verzahnungen sind an sich bekannt und hier nicht näher dargestellt.
  • Das Nockenstück 3 weist beidseits einer Lagerstelle 4 angeordnete Nockengruppen mit jeweils zwei unmittelbar benachbarten Nocken 5 und 6 auf, die bei gleichem Grundkreisradius unterschiedliche Nockenerhebungen haben. Das Verschieben des Nockenstücks erfolgt außerhalb der Nockenerhebungen während des gemeinsamen Grundkreisbereichs der Nocken 5, 6. Die Nockenerhebungen werden jeweils in bekannter Weise von einem hier lediglich durch eine Nockenrolle 7 symbolisierten Nockenfolger, wie z.B. einem Schlepphebel, in Abhängigkeit der momentanen Axialposition des Nockenstücks 3 auf ein nicht dargestelltes Gaswechselventil selektiv übertragen. Unter den unterschiedlichen Nockenerhebungen sind unterschiedliche Beträge des jeweiligen Nockenhubs und/oder unterschiedliche Ventilsteuerzeiten der Nocken 5, 6 zu verstehen.
  • Zur Umschaltung zwischen den Nocken 5 und 6 ist das Nockenstück 3 mit einer als Einzelteil hergestellten und mittels Pressverband gefügten Axialkulisse 8 versehen. Am Umfang der Axialkulisse 8 sind zwei sich axial gegenläufig erstreckende und in Umfangsrichtung der Axialkulisse 8 hintereinander angeordnete Kurvenbahnen 9, 10 in Form von Nuten ausgebildet, in die ein Betätigungselement 11 einkoppelbar ist. Dies geht näher aus den Figuren 2 bis 4 hervor, in denen die Axialkulisse 8 aus verschiedenen Winkelperspektiven dargestellt ist. Bei dem Betätigungselement 11 handelt es sich um einen Zylinderstift, der Teil eines ebenfalls bekannten und hier nicht näher erläuterten Aktuators für derartige Ventiltriebe ist. Der Zylinderstift 11 ist bezüglich der Nockenwelle 1 axial ortsfest, jedoch radial verlagerbar in der Brennkraftmaschine angeordnet und dient zum Verschieben des Nockenstücks 3 in Richtung beider Kurvenbahnen 9, 10.
  • Die Gestaltung der Kurvenbahnen 9, 10 ergibt sich aus einer Zusammenschau der Figuren 2 bis 6. Die in den Figuren 2 bis 4 gezeigten Ansichten auf die Axialkulisse 8 korrespondieren mit den Ansichtspfeilen x, y bzw. z in Figur 5, in der die in Seitenansicht dargestellte Axialkulisse 8 zusätzlich mit einem radialen Steuerdiagramm der Kurvenbahnen 9, 10 gemäß der gestrichelten Linie versehen ist. Die in den Figuren 1, 2 und 5 dargestellten Pfeile kennzeichnen die Drehrichtung der Nockenwelle 1. Ein vollständiges Hubdiagramm mit radialem und axialem Hub der Kurvenbahnen 9, 10 als Funktion des Nockenwellenwinkels geht aus Figur 6 hervor.
  • Die beiden Kurvenbahnen 9, 10 setzen sich jeweils aus aufeinander folgenden Bahnabschnitten mit unterschiedlichen Axialhüben (durchgezogene Linie in Figur 6) der die Nut begrenzenden Nutwände 12 zusammen. Bei diesen Bahnabschnitten handelt es sich um einen Einfahrabschnitt F bzw. C ohne Axialhub, einem Rampenabschnitt A bzw. D zur Kompensation von axialen Positionstoleranzen des Zylinderstifts 11 relativ zu den Nutwänden 12 und einem Hubabschnitt B bzw. E, wobei die Axialbeschleunigung der Hubabschnitte B, E deutlich größer ist als diejenige der Rampenabschnitte A, D. Bei dem dargestellten Ausführungsbeispiel ist der gemeinsame Grundkreisbereich der Nocken 5, 6 identisch mit den Bahnabschnitten A bis E, d.h. der gemeinsame Grundkreisbereich beginnt mit dem Rampenabschnitt A der ersten Kurvenbahn 9 und endet mit dem Hubabschnitt E der zweiten Kurvenbahn 10. Demgegenüber liegen die Nockenerhebungen der Nocken 5, 6 im Bereich des Einfahrabschnitts F.
  • Die Hubabschnitte B und E setzen sich jeweils aus aufeinander folgenden Teilhubabschnitten B1 und B2 bzw. E1 und E2 zusammen, die sich im Radialhub des Nutgrunds 13 (gestrichelte Linie in Figur 5 und 6) unterscheiden. Dabei weisen die ersten Teilhubabschnitte B1 und E1 einen Nutgrund 13 mit konstanter und zu den Abschnitten F und A bzw. C und D identischer Tiefe auf, während sich der Nutgrund 13 über die zweiten Teilhubabschnitte B2 und E2 radial auswärts erhebt, um den Zylinderstift 11 bereits während des Verschiebevorgangs des Nockenstücks 3 aus der jeweiligen Nut in dessen eingriffslose Ruheposition auszuwerfen. Die Umschaltung des Nockenstücks 3 entlang der ersten Kurvenbahn 9, d.h. von den momentan wirksamen Nocken 5 auf die Nocken 6 (siehe Figur 1) erfolgt dadurch, dass der Zylinderstift 11 in den Einfahrabschnitt F eintaucht - je nach Größe und Dauer der Nockenerhebung erfolgt dies bereits während des geöffneten Gaswechselventils - und anschließend den Rampenabschnitt A sowie den Hubabschnitt B durchläuft, während das rotierende und sich am Zylinderstift 11 abstützende Nockenstück 3 in seine zweite Axialposition verschoben wird. Bereits im Verlauf des zweiten Teilhubabschnitts B2 wird der Zylinderstift 11 durch den radial ansteigenden Nutgrund 13 angehoben und gegen Ende des Verschiebevorgangs vollständig aus der Kurvenbahn 9 in seine eingriffslose Ruheposition ausgeworfen.
  • Analog dazu erfolgt das Zurückschieben des Nockenstücks 3 entlang der zweiten Kurvenbahn 10, d.h. von den dann wirksamen Nocken 6 auf die Nocken 5 dadurch, dass der Zylinderstift 11 in den Einfahrabschnitt C eintaucht und anschließend den Rampenabschnitt D sowie den Hubabschnitt E durchläuft, während das rotierende und sich am Zylinderstift 11 abstützende Nockenstück 3 in seine erste Axialposition zurück verschoben wird. Auch hierbei wird der Zylinderstift 11 im Verlauf des zweiten Teilhubabschnitts E2 durch den radial ansteigenden Nutgrund 13 angehoben und gegen Ende des Verschiebevorgangs vollständig aus der Kurvenbahn 10 in seine eingriffslose Ruheposition ausgeworfen.
  • Wie aus den Figuren 2 bis 5 deutlich wird, grenzen jeweils der zweite Teilhubabschnitt B2 bzw. E2 und der Einfahrabschnitt C bzw. F unmittelbar aneinander, wobei der Nutgrund 13 am Übergang dieser Abschnitte radial senkrecht abfällt, um vor allem die Länge des Hubabschnitts B bei vorgegebener Länge des Einfahrabschnitts C zu maximieren.
  • Die in Figur 1 dargestellte Rastiervorrichtung dient der Fixierung des Nockenstücks 3 in dessen Axialpositionen gegenüber der Trägerwelle 2. Die Rastiervorrichtung umfasst zwei in einer als Durchgangsbohrung ausgebildeten Radialbohrung 14 der Trägerwelle 2 diametral gegenüberliegende, verschieblich gelagerte Rastkörper 15 und am Innenumfang des Nockenstücks 3 verlaufende, als Umfangsnuten ausgebildete Rastnuten 16 und 17, in denen die von einem Federmittel 18 in radial auswärtige Richtung kraftbeaufschlagten Rastkörper 15 in den jeweils zugehörigen Axialpositionen eingerastet sind.
  • Bei den Rastkörpern 15 handelt es sich um einseitig offene, dünnwandige Blechumformteile. Deren offenen Seite ist jeweils als in der Radialbohrung 14 gelagerter und das als Schraubendruckfeder ausgebildete Federmittel 18 umschließender Hohlzylinder ausgebildet, während es sich bei der daran anschließenden geschlossenen Seite jeweils um einen sich in Richtung der Rastnuten 16, 17 verjüngenden Hohlkörper handelt, der zunächst kegelförmig und stirnseitig kugelförmig gestaltet ist. Um während des Verschiebevorgangs des Nockenstücks 3 ein widerstandsarmes Einfahren der Rastkörper 15 in die Radialbohrung 14 zu gewährleisten, sind die Rastkörper 15 im kegelförmigen Bereich des Hohlkörpers mit einer Druckentlastungsöffnung 19 versehen.
  • Die Funktion der Rastiervorrichtung beschränkt sich nicht nur auf die Fixierung des Nockenstücks 3 in den beiden Axialpositionen, sondern umfasst auch ein Abbremsen des Nockenstücks 3 in dessen Axialbewegung gegen Ende der Teilhubabschnitte B2 und E2. Dieses Abbremsen wird durch Kontaktreibung der federbelasteten Rastkörper 15 an den beidseits des Scheitelpunkts 20 axial benachbart verlaufenden Nutwänden der Rastnuten 16, 17 erzeugt. Anders als in Figur 1 dargestellt, ist es vorteilhaft, wenn die Rastnuten 16, 17 geometrisch identisch ausgeführt sind und der Scheitelpunkt 20 - bezogen auf den Abstand der zu den Rastnuten 16, 17 zugehörigen Axialpositionen des Nockenstücks 3 - mittig verläuft.
    • Bezugszahlen
    • 1
    Nockenwelle
    2
    Trägerwelle
    3
    Nockenstück
    4
    Lagerstelle
    5
    Nocken
    6
    Nocken
    7
    Nockenrolle
    8
    Axialkulisse
    9
    erste Kurvenbahn
    10
    zweite Kurvenbahn
    11
    Betätigungselement / Zylinderstift
    12
    Nutwand
    13
    Nutgrund
    14
    Radialbohrung
    15
    Rastkörper
    16
    Rastnut
    17
    Rastnut
    18
    Federmittel / Schraubendruckfeder
    19
    Druckentlastungsöffnung
    20
    Scheitelpunkt der Rastnuten
    A
    Rampenabschnitt
    B1,2
    Hubabschnitt
    C
    Einfahrabschnitt
    D
    Rampenabschnitt
    E1,2
    Hubabschnitt
    F
    Einfahrabschnitt

Claims (5)

  1. Ventiltrieb einer Brennkraftmaschine, mit einer Nockenwelle (1), die eine Trägerwelle (2) sowie ein darauf drehfest und zwischen einer ersten und einer zweiten Axialposition verschiebbar angeordnetes Nockenstück (3) umfasst, das zumindest eine Nockengruppe unmittelbar benachbarter Nocken (5, 6) mit unterschiedlichen Nockenerhebungen und eine Axialkulisse (8) mit einer ersten und einer zweiten Kurvenbahn (9, 10) aufweist, die jeweils als Nut ausgebildet sind und sich am Umfang der Axialkulisse (8) axial gegenläufig erstrekken, und mit einem mit der Axialkulisse (8) koppelbaren Betätigungselement (11), das als in die Nuten (9, 10) eingreifender Zylinderstift ausgebildet ist und das das Nockenstück (3) entlang der ersten Kurvenbahn (9) von der ersten Axialposition in die zweite Axialposition verschiebt und entlang der zweiten Kurvenbahn (10) von der zweiten Axialposition in die erste Axialposition verschiebt, dadurch gekennzeichnet, dass die zwei Kurvenbahnen (9, 10) über dem Umfang der Axialkulisse (8) hintereinander und nicht nebeneinander angeordnet sind.
  2. Ventiltrieb nach Anspruch 1, dadurch gekennzeichnet, dass die Kurvenbahnen (9, 10) jeweils aus aufeinander folgenden Bahnabschnitten (F, A, B bzw. C, D, E) mit unterschiedlichen Axialhüben der die Nut begrenzenden Nutwände (12) zusammengesetzt sind, nämlich einem Einfahrabschnitt (F bzw. C) ohne Axialhub, einem Rampenabschnitt (A bzw. D) und einem Hubabschnitt (B bzw. E), wobei der Hubabschnitt (B bzw. E) eine deutlich größere Axialbeschleunigung als der Rampenabschnitt (A bzw. D) aufweist.
  3. Ventiltrieb nach Anspruch 2, dadurch gekennzeichnet, dass die Nocken (5, 6) einen gemeinsamen Grundkreisbereich haben, der spätestens mit dem Rampenabschnitt (A) der ersten Kurvenbahn (9) beginnt und frühestens mit dem Hubabschnitt (E) der zweiten Kurvenbahn (10) endet.
  4. Ventiltrieb nach Anspruch 2, dadurch gekennzeichnet, dass die Hubabschnitte (B, E) jeweils aus aufeinander folgenden Teilhubabschnitten (B1, B2 bzw. E1, E2) mit unterschiedlichen Radialhüben des die Nut begrenzenden Nutgrunds (13) zusammengesetzt sind, nämlich einem ersten Teilhubabschnitt (B1 bzw. E1) ohne Radialhub und einem zweiten Teilhubabschnitt (B2 bzw. E2) mit sich radial auswärts erhebendem Nutgrund (13).
  5. Ventiltrieb nach Anspruch 4, dadurch gekennzeichnet, dass jeweils der zweite Teilhubabschnitt (B2 bzw. E2) und der Einfahrabschnitt (C bzw. F) unmittelbar aneinander grenzen, wobei der Nutgrund (13) am Übergang vom zweiten Teilhubabschnitt (B2 bzw. E2) zum Einfahrabschnitt (C bzw. F) radial steil abfallend und, bezogen auf den Umfang der Axialkulisse (8), vorzugsweise senkrecht abfallend verläuft.
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