EP2401480B1 - Ventiltrieb einer brennkraftmaschine mit einer verstelleinrichtung - Google Patents

Ventiltrieb einer brennkraftmaschine mit einer verstelleinrichtung Download PDF

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EP2401480B1
EP2401480B1 EP10703648.5A EP10703648A EP2401480B1 EP 2401480 B1 EP2401480 B1 EP 2401480B1 EP 10703648 A EP10703648 A EP 10703648A EP 2401480 B1 EP2401480 B1 EP 2401480B1
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EP
European Patent Office
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valve
valve drive
drive according
camshaft
driving
Prior art date
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EP10703648.5A
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EP2401480A1 (de
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Jens Schaefer
Sebastian Zwahr
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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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    • 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
    • F01L13/0042—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 being profiled in axial and radial direction
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    • F01—MACHINES OR ENGINES IN GENERAL; ENGINE PLANTS IN GENERAL; STEAM ENGINES
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    • F01L1/00—Valve-gear or valve arrangements, e.g. lift-valve gear
    • F01L1/34—Valve-gear or valve arrangements, e.g. lift-valve gear characterised by the provision of means for changing the timing of the valves without changing the duration of opening and without affecting the magnitude of the valve lift
    • F01L1/344—Valve-gear or valve arrangements, e.g. lift-valve gear characterised by the provision of means for changing the timing of the valves without changing the duration of opening and without affecting the magnitude of the valve lift changing the angular relationship between crankshaft and camshaft, e.g. using helicoidal gear
    • F01L1/34403—Valve-gear or valve arrangements, e.g. lift-valve gear characterised by the provision of means for changing the timing of the valves without changing the duration of opening and without affecting the magnitude of the valve lift changing the angular relationship between crankshaft and camshaft, e.g. using helicoidal gear using helically teethed sleeve or gear moving axially between crankshaft and camshaft
    • F01L1/34406—Valve-gear or valve arrangements, e.g. lift-valve gear characterised by the provision of means for changing the timing of the valves without changing the duration of opening and without affecting the magnitude of the valve lift changing the angular relationship between crankshaft and camshaft, e.g. using helicoidal gear using helically teethed sleeve or gear moving axially between crankshaft and camshaft the helically teethed sleeve being located in the camshaft driving pulley
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    • F01L1/352—Valve-gear or valve arrangements, e.g. lift-valve gear characterised by the provision of means for changing the timing of the valves without changing the duration of opening and without affecting the magnitude of the valve lift changing the angular relationship between crankshaft and camshaft, e.g. using helicoidal gear using bevel or epicyclic gear
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    • 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
    • F01L2001/0475—Hollow camshafts

Definitions

  • the invention relates to a valve train for controlling charge exchange valves of an internal combustion engine, comprising at least one mounted within a cylinder head of the internal combustion engine valve cam shaft which is displaceable via a drive pulley in rotation, wherein an adjusting motor and a transmission having adjusting device is provided which upon actuation of the adjusting motor and specifically provides via the intermediate gearbox for an axial displacement and / or rotation of the at least one valve camshaft relative to the drive pulley in order to selectively vary an operation of the charge exchange valves taking place via cams of the at least one valve camshaft.
  • a valve drive for controlling charge exchange valves of an internal combustion engine in which a valve camshaft arranged mounted within a cylinder head of the internal combustion engine can be set into rotation via a drive disk.
  • An adjusting device is provided on the front side of the valve camshaft, which has an adjusting motor and a gear lying outside the cylinder head in an additional housing, wherein the adjusting motor is in communication with the valve camshaft via the intermediate gear.
  • the DE 29 30 266 A1 discloses a camshaft assembly having a threaded spindle mounted on a camshaft drive sprocket disposed transverse to two concentric shafts.
  • the threaded spindle is engaged with a mating thread of at least one of the two shafts.
  • the WO 01/71167 A1 discloses a valve train with an adjusting device, which has two independently hydraulically actuated piston, whereby a rotation and displacement of a camshaft is generated.
  • the EP 1 030 036 A2 discloses coupling between a camshaft and a crankshaft, wherein an intermediate element has balls which extend in grooves of a drive element and driven element, so that upon displacement of the intermediate element, a rotation between the camshaft and crankshaft is achieved.
  • the invention includes the technical teaching that the adjusting motor of the adjusting device is placed predominantly or completely within a common chamber with the drive pulley. By integrating the adjusting motor in the chamber of the drive pulley, the overall length of the internal combustion engine can be reduced and also additional housing parts for encapsulation of the adjustment can be saved. It will be clear to the person skilled in the art that the chamber of the drive disk can be the cylinder head or a chain or belt case, depending on the configuration of the internal combustion engine.
  • the transmission of the adjusting device comprises a nut fixedly connected to one end of the valve camshaft and a spindle connected to the adjusting motor and is supported via a thrust bearing unit on a drive assembly unit carrying the drive disk.
  • a thrust bearing unit on a drive assembly unit carrying the drive disk.
  • the cams of the valve cam shaft on a variable cam elevation in the axial direction.
  • the strokes of the associated charge exchange valves can be varied in addition to a phase change. Accordingly, the control of the charge exchange valves can be adapted even more precisely to the required amount of mixture in favor of a Entdrosselung the internal combustion engine.
  • the axial displacement of the nut in both directions by each fixed to the cylinder head related axial stops can be limited. This can be reliably prevented in a simple manner damage to the transmission due to excessive axial feed of the mother.
  • the axial displacement of the nut in both directions by each fixedly placed on the spindle radial stops can be limited, which come from a defined position with each provided on the mother projections in contact.
  • Such a trained limitation of the axial travel of the nut has the advantage that no additional forces are exerted upon contact of the radial stops with the mother on the bearings of the components involved.
  • the thrust bearing unit is designed in the manner of a double-sided, preloaded roller bearing.
  • a clutch in the form of a cross slide coupling is provided between the spindle and the adjusting motor.
  • this radial and axial manufacturing and assembly tolerances between the two components can be reliably compensated.
  • other types of coupling can also be used for this purpose.
  • At least one guide body is placed in the radial direction between the valve camshaft and the drive pulley carrying the drive pulley, which runs in the helical running guideways provided on the side of the valve camshaft and on the drive unit side and whose relative rotation with respect to an axial displacement of the valve camshaft causes the drive assembly.
  • the guide body is a ball, as it also finds use as a rolling element in low-friction ball bearings.
  • the adjusting motor is designed in the manner of an electric motor. As a result, a precise control of the transmission of the adjusting device can be realized.
  • the drive pulley is designed as a chain wheel. Accordingly, a robust and accurate drive of the valve camshaft becomes possible.
  • Fig.1 is a detailed sectional view of the valve gear according to the invention in the region of one end of a valve camshaft 1 is shown.
  • This valve camshaft 1 has a plurality of cams 2, which are in each case in operative connection via an actuating device 3 with two associated gas exchange valves 4a and 4b.
  • the valve camshaft 1 is further rotatably mounted in a cylinder head 5 of the internal combustion engine and has at its one end via a drive pulley 6, which is formed in this case as a chain disc and via which it is connected by means of a chain, not shown here with a crankshaft of the internal combustion engine.
  • valve camshaft 1 When the internal combustion engine is running, the valve camshaft 1 is driven by means of this drive pulley 6 via the crankshaft and in this case actuates via its cams 2 the respective associated charge exchange valves 4a and 4b.
  • the cams 2 are so-called space cams which each have a cam elevation which is variable in the axial direction.
  • the elevation of the cam 2 transmitted via the actuating device 3 to the charge exchange valves 4a and 4b is selectively varied. This results in a change in the lift of the charge exchange valves 4a and 4b.
  • the charge exchange valves 4a and 4b open depending on the direction of rotation of the valve cam shaft 1 with earlier or later phase position.
  • an adjusting device 7 with an adjusting motor 8 is provided in the region of the drive disk 6, which is placed with the drive disk 6 predominantly in a common chamber 9. This is defined by a lid 10 placed directly on the cylinder head 5.
  • the predominant integration of the adjusting device 7 in the chamber 9 of the drive pulley 6 represents a particularly compact design in favor of a small overall length of the internal combustion engine.
  • valve camshaft 1 For better understanding of the interaction of the valve camshaft 1 with the adjusting device 7 is in Fig. 2 a sectional view of the valve camshaft 1 on the side of the adjusting device 7 without surrounding cylinder head 5 is shown.
  • the valve camshaft 1 is designed as a hollow shaft and is at its end with a nut 11 of a transmission 12 of the adjusting device 7 firmly in communication.
  • the nut 11 is at its inner diameter mounted with a thread on a corresponding thread of a spindle 13, wherein a relative rotation of the spindle 13 to the nut 11 causes an axial movement of the nut 11 in the corresponding direction.
  • the spindle 13 is at its side facing away from the valve camshaft 1 side with the inner ring of a thrust bearing unit 14 in conjunction, which is designed as a double-sided, biased rolling bearing.
  • the inner ring of this thrust bearing unit 14 can in this case perform a rotation with respect to the outer ring and is further connected via a cross slide coupling 15 with the adjusting motor 8 in operative connection.
  • the adjusting motor 8 is designed as an electric motor and has in a known manner via a rotor which is connected to the cross slide coupling 15, and a stator part connected to the cover 10.
  • the skilled person will, however, be clear that the adjusting motor 8 can also be implemented in the form of an alternative actuator, for example in the form of a hysteresis.
  • the outer ring of the thrust bearing unit 14 is fixedly attached to a drive assembly 16 which carries the drive disk 6, not shown here between a first part 17 and a second part 18 and also by means of the first part 17, the inner ring 19 of a plain bearing for supporting the valve camshaft 1 in the cylinder head 5 trains.
  • first part 17 and the valve cam 1 guide body 20 are placed in the radial direction in the form of balls, which run in the valve camshaft 1 and part of the second part 17 of the drive assembly 16 provided, mutually corresponding guideways 21 and 22. These are each formed helically and thus on the one hand enable the transmission of torque from the drive pulley 6 by means of the drive assembly 16 on the valve camshaft 1 and cause the other with an axial displacement of the valve cam 1 via the guide body 20, a relative rotation of the valve cam shaft 1 with respect to the drive assembly 16th ,
  • the gear 12 and the drive assembly 16 are arranged radially nested with each other, wherein the spindle 13 and the guide tracks 21, 22 axially completely overlap axially.
  • a torque is transmitted to the valve camshaft 1 via the drive pulley 6 and by means of the drive assembly 16, with the entire transmission 12 and the rotor of the adjustment motor 8 rotating at the same speed. If now the rotation of the motor is amplified or decelerated by actuation of the adjustment motor 8, this is transmitted to the spindle 13 by means of the cross slide coupling 15. The then adjusting differential speed between the spindle 13 and nut 11 causes an axial displacement of the nut 11, wherein the direction of this axial displacement corresponds to the sign of the speed difference between the spindle 13 and nut 11.
  • the nut 11 carries the valve camshaft 1 with it, which at the same time due to the guideways 21 and 22 and the guide body 20 performs a relative rotation with respect to the drive assembly 16.
  • 11 fixedly mounted radial stops 23 and 24 are provided on the spindle 13 on both sides of the nut, wherein the radial stop 24 is formed by the inner ring of the thrust bearing unit 14.
  • the radial stops 23 and 24 each come in contact with a defined position of the nut 11 with protrusions 25 and 26 extending therefrom. For better traceability is a cooperation of these elements in the perspective detail view in Figure 3 shown in more detail.
  • Out Figure 4 an alternative way of limiting the axial movement of a nut 11 'is shown.
  • axial displacement of the nut 11 'arranged on both sides - here shown only on one side - Axialanelle 27 accomplished, which are fixedly connected to the cylinder head 5.

Landscapes

  • Engineering & Computer Science (AREA)
  • Mechanical Engineering (AREA)
  • General Engineering & Computer Science (AREA)
  • Valve Device For Special Equipments (AREA)

Description

    Gebiet der Erfindung
  • Die Erfindung betrifft einen Ventiltrieb zum Steuern von Ladungswechselventilen einer Brennkraftmaschine, umfassend mindestens eine innerhalb eines Zylinderkopfs der Brennkraftmaschine gelagerte Ventilnockenwelle, die über eine Antriebsscheibe in Rotation versetzbar ist, wobei eine einen Verstellmotor und ein Getriebe aufweisende Verstelleinrichtung vorgesehen ist, welche bei Betätigung des Verstellmotors und über das zwischengeschaltete Getriebe gezielt für eine axiale Verschiebung und/oder Verdrehung der mindestens einen Ventilnockenwelle relativ zu der Antriebsscheibe sorgt, um eine über Nocken der mindestens einen Ventilnockenwelle stattfindende Betätigung der Ladungswechselventile gezielt zu variieren.
    • Hintergrund der Erfindung
  • Nach dem Viertaktprinzip arbeitende Brennkraftmaschinen verfügen üblicherweise über Ladungswechselventile in Form von Einlass- und Auslassventilen, um den zum Betrieb der Brennkraftmaschine nötigen Ladungswechsel durchführen zu können. Dabei werden Öffnungs- und Schließbewegungen der jeweiligen Ventile über Nocken einer zugeordneten Ventilnockenwelle eingeleitet.
  • Im Bereich der Ottomotoren finden des Weiteren üblicherweise Verstelleinrichtungen Anwendung, über welche die Steuerzeiten der Ladungswechselventile mittels einer Verdrehung der Ventilnockenwelle verschoben und damit an verschiedene Drehzahlen und Zylinderfüllungen der Brennkraftmaschine angepasst werden können. Hierdurch kann eine Steigerung der Qualität des Ladungswechsels erreicht werden.
    • Stand der Technik
  • Aus der DE 102 48 351 A1 ist ein Ventiltrieb zum Steuern von Ladungswechselventilen einer Brennkraftmaschine bekannt, bei welchem eine innerhalb eines Zylinderkopfs der Brennkraftmaschine gelagert angeordnete Ventilnockenwelle über eine Antriebsscheibe in Rotation versetzbar ist. Stirnseitig der Ventilnockenwelle ist dabei eine Verstelleinrichtung vorgesehen, welche über einen außerhalb des Zylinderkopfs in einem zusätzlichen Gehäuse liegenden Verstellmotor und ein Getriebe verfügt, wobei der Verstellmotor über das zwischenliegende Getriebe mit der Ventilnockenwelle in Verbindung steht. Bei einer Betätigung des Verstellmotors kann mittels des Getriebes eine Relatiwerdrehung der Ventilnockenwelle bezüglich der Antriebsscheibe erreicht werden, was zu einer Verschiebung der über Nocken der Ventilnockenwelle stattfindenden Betätigung der Ladungswechselventile führt.
  • Eine derartige Anordnung weist allerdings den Nachteil auf, dass die Brennkraftmaschine durch den im zusätzlichen Gehäuse am Zylinderkopf vorgesehenen Verstellmotor einen größeren Platzbedarf aufweist.
  • Es ist daher die Aufgabe der vorliegenden Erfindung, einen Ventiltrieb zum Steuern von Ladungswechselventilen einer Brennkraftmaschine zur Verfügung zu stellen, welcher eine möglichst kompakt angeordnete Verstelleinrichtung zu Gunsten einer reduzierten Baulänge der Brennkraftmaschine aufweist.
  • Die DE 29 30 266 A1 offenbart eine Nockenwellenanordnung mit einer auf einem Nockenwellenantriebsrad gelagerten Gewindespindel, die quer zu zwei konzentrischen Wellen angeordnet ist. Die Gewindespindel steht mit einem Gegengewinde zumindest einer der beiden Wellen im Eingriff.
  • Die WO 01/71167 A1 offenbart einen Ventiltrieb mit einer Verstellvorrichtung, welche zwei voneinander unabhängig hydraulisch betätigbare Kolben aufweist, womit eine Verdrehung und Verschiebung einer Nockenwelle erzeugt wird.
  • Die EP 1 030 036 A2 offenbart Kupplung zwischen einer Nockenwelle und einer Kurbelwelle, wobei ein Zwischenelement Kugeln aufweist, die in Nuten eines Antriebselements und Abtriebselement verlaufen, so dass bei Verschiebung des Zwischenelementes eine Verdrehung zwischen Nockenwelle und Kurbelwelle erzielt wird.
    • Offenbarung der Erfindung
  • Diese Aufgabe wird ausgehend vom Oberbegriff des Anspruchs 1 in Verbindung mit dessen kennzeichnenden Merkmalen gelöst. Die darauffolgenden, abhängigen Ansprüche geben jeweils vorteilhafte Weiterbildungen der Erfindung wieder.
  • Die Erfindung umfasst die technische Lehre, dass der Verstellmotor der Verstelleinrichtung überwiegend oder vollständig innerhalb einer gemeinsamen Kammer mit der Antriebsscheibe platziert ist. Durch die Integration des Verstellmotors in die Kammer der Antriebsscheibe können die Baulänge der Brennkraftmaschine reduziert werden und zudem zusätzliche Gehäuseteile zur Einkapselung des Verstellmotors eingespart werden. Dem Fachmann wird hierbei klar sein, dass es sich bei der Kammer der Antriebsscheibe je nach Ausgestaltung der Brennkraftmaschine um den Zylinderkopf oder einen Ketten- bzw. Riemenkasten handeln kann.
  • Erfindungsgemäß umfasst das Getriebe der Verstelleinrichtung eine mit einem Ende der Ventilnockenwelle fest verbundene Mutter und eine mit dem Verstellmotor in Verbindung stehende Spindel und stützt sich über eine Axiallagereinheit an einer die Antriebsscheibe tragenden Antriebsbaueinheit ab. Dabei wird eine über den Verstellmotor eingeleitete Relativrotation der Spindel bezüglich der Antriebsscheibe in eine axiale Verschiebung der Mutter umgesetzt. Eine derartige Ausgestaltung des Getriebes hat den wesentlichen Vorteil, dass die durch den Verstellmotor erzeugte Relativrotation bezüglich der Antriebsscheibe kompakt und reibungsarm in eine Axialverschiebung der Ventilnockenwelle überführt wird. Ferner können durch die Ventilnockenwelle in das Getriebe eingeleitete Axialkräfte mittels der vorgesehenen Axiallagereinheit zuverlässig aufgenommen werden.
  • Entsprechend einer Ausgestaltung der Erfindung weisen die Nocken der Ventilnockenwelle eine in axialer Richtung veränderliche Nockenerhebung auf. Mittels dieser sogenannten Raumnocken und einer Verstelleinrichtung, die eine Axialverschiebung der Ventilnockenwelle herbeiführen kann, können die Hübe der zugehörigen Ladungswechselventile zusätzlich zu einer Phasenlageänderung variiert werden. Dementsprechend kann die Ansteuerung der Ladungswechselventile noch präziser an die benötigte Gemischmenge zugunsten einer Entdrosselung der Brennkraftmaschine angepasst werden.
  • Gemäß einer vorteilhaften Ausführungsform der Erfindung ist die axiale Verschiebung der Mutter in beide Richtungen durch jeweils fest mit dem Zylinderkopf in Verbindung stehende Axialanschläge begrenzbar. Dadurch kann auf einfache Art und Weise einer Beschädigung des Getriebes infolge eines übermäßigen Axialvorschubs der Mutter zuverlässig vorgebeugt werden.
  • Es ist eine alternative Ausgestaltung der Erfindung, dass die axiale Verschiebung der Mutter in beide Richtungen durch jeweils ortsfest auf der Spindel platzierte Radialanschläge begrenzbar ist, welche ab einer definierten Position mit jeweils an der Mutter vorgesehenen Auskragungen in Kontakt treten. Eine derartig ausgebildete Begrenzung des axialen Stellweges der Mutter hat den Vorteil, dass keine zusätzlichen Kräfte bei Kontakt der Radialanschläge mit der Mutter auf die Lagerungen der beteiligten Bauteile ausgeübt werden.
  • In Weiterbildung der Erfindung ist die Axiallagereinheit nach Art eines zweiseitig wirkenden, vorgespannten Wälzlagers ausgebildet. Durch diese Maßnahme kann eine reibungsarme und robuste Axiallagerung des Getriebes erreicht werden.
  • Entsprechend einer weiteren vorteilhaften Ausgestaltung der Erfindung ist zwischen Spindel und Verstellmotor eine Kupplung in Form einer Kreuzschieberkupplung vorgesehen. Vorteilhafterweise können hierdurch radiale und axiale Fertigungs- und Montagetoleranzen zwischen beiden Bauteilen zuverlässig ausgeglichen werden. Dem Fachmann wird allerdings klar sein, dass zu diesem Zweck auch andere Kupplungstypen Anwendung finden können.
  • In Weiterbildung der Erfindung ist in radialer Richtung zwischen der Ventilnockenwelle und der die Antriebsscheibe tragenden Antriebsbaueinheit mindestens ein Führungskörper platziert, welcher in seitens der Ventilnockenwelle und seitens der Antriebsbaueinheit vorgesehenen, zueinander korrespondierenden und helixartig verlaufenden Führungsbahnen läuft und bei einer axialen Verschiebung der Ventilnockenwelle deren Relatiwerdrehung bezüglich der Antriebsbaueinheit bewirkt. Mittels einer derartigen Anordnung kann entsprechend der Gestaltung der Führungsbahnen bei einer axialen Verschiebung der Ventilnockenwelle zugleich eine definierte Relativverdrehung der Ventilnockenwelle bezüglich der Antriebsscheibe erreicht werden. Vorteilhafterweise handelt es sich bei dem Führungskörper um eine Kugel, wie sie auch als Wälzkörper in reibungsarmen Kugellagern Verwendung findet.
  • Im Hinblick auf den axialen Bauraumbedarf von Antriebseinheit und Getriebe ist es besonders günstig, wenn sich die Spindel und die Führungsbahnen überwiegend oder vollständig axial überlappen.
  • In Weiterbildung der Erfindung ist der Verstellmotor nach Art eines Elektromotors ausgebildet. Dadurch kann eine präzise Steuerung des Getriebes der Verstelleinrichtung realisiert werden.
  • Es ist eine weitere vorteilhafte Ausführungsform der Erfindung, dass die Antriebsscheibe als Kettenscheibe ausgeführt ist. Dementsprechend wird ein robuster und genauer Antrieb der Ventilnockenwelle möglich.
  • Weitere, die Erfindung verbessernde Maßnahmen werden nachstehend gemeinsam mit der Beschreibung bevorzugter Ausführungsformen der Erfindung anhand der Figuren näher dargestellt.
    • Kurzbeschreibung der Zeichnungen
  • Es zeigen:
    • Fig.1
    eine detaillierte Schnittansicht des erfindungsgemäßen Ventiltriebs, im Bereich einen Endes der Ventilnockenwelle;
    Fig.2
    eine detaillierte Schnittansicht der Ventilnockenwelle mitsamt Verstelleinrichtung;
    Fig.3
    eine perspektivische Detailansicht eines Getriebes der Verstelleinrichtung des erfindungsgemäßen Ventiltriebes gemäß einer ersten Ausführungsform; und
    Fig.4
    eine schematische Ansicht eines Getriebes der Verstelleinrichtung des erfindungsgemäßen Ventiltriebes gemäß einer zweiten Ausführungsform.
    Ausführliche Beschreibung der Zeichnungen
  • In Fig.1 ist eine detaillierte Schnittansicht des erfindungsgemäßen Ventiltriebs im Bereich einen Endes einer Ventilnockenwelle 1 dargestellt. Diese Ventilnockenwelle 1 verfügt über mehrere Nocken 2, welche im Einzelnen jeweils über eine Betätigungseinrichtung 3 mit zwei zugeordneten Ladungswechselventilen 4a und 4b in Wirkverbindung stehen. Die Ventilnockenwelle 1 ist des Weiteren in einem Zylinderkopf 5 der Brennkraftmaschine rotierbar gelagert und verfügt an ihrem einen Ende über eine Antriebsscheibe 6, welche in diesem Fall als Kettenscheibe ausgebildet ist und über welche sie mittels einer hier nicht dargestellten Kette mit einer Kurbelwelle der Brennkraftmaschine in Verbindung steht. Bei laufender Brennkraftmaschine wird die Ventilnockenwelle 1 mittels dieser Antriebsscheibe 6 über die Kurbelwelle angetrieben und betätigt hierbei über ihre Nocken 2 die jeweils zugeordneten Ladungswechselventile 4a und 4b. Bei den Nocken 2 handelt es sich um sogenannte Raumnocken, die jeweils eine in axialer Richtung veränderliche Nockenerhebung aufweisen. Durch axiale Verschiebung der Ventilnockenwelle 1 relativ zur Betätigungseinrichtung 3 wird die über die Betätigungseinrichtung 3 auf die Ladungswechselventile 4a und 4b übertragene Erhebung des Nockens 2 gezielt variiert. Dies resultiert in einer Veränderung des Hubes der Ladungswechselventile 4a und 4b. Gleichzeitig wird durch eine Relativverdrehung der Ventilnockenwelle 1 bezüglich der Antriebsscheibe 6 eine Steuerzeitenänderung der Ladungswechselventile 4a und 4b erreicht, wobei die Ladungswechselventile 4a und 4b je nach Verdrehrichtung der Ventilnockenwelle 1 mit früherer oder späterer Phasenlage öffnen.
  • Um die axialen Verschiebungen und Relativverdrehungen der Ventilnockenwelle 1 zu steuern, ist im Bereich der Antriebsscheibe 6 eine Verstelleinrichtung 7 mit einem Verstellmotor 8 vorgesehen, der mit der Antriebsscheibe 6 überwiegend in einer gemeinsamen Kammer 9 platziert ist. Diese ist durch einen unmittelbar auf den Zylinderkopf 5 aufgesetzten Deckel 10 definiert. Die überwiegende Integration der Verstelleinrichtung 7 in die Kammer 9 der Antriebsscheibe 6 stellt eine besonders kompakte Bauweise zugunsten einer geringen Baulängen der Brennkraftmaschine dar.
  • Zur besseren Verständlichkeit des Zusammenwirkens der Ventilnockenwelle 1 mit der Verstelleinrichtung 7 ist in Fig. 2 eine Schnittansicht der Ventilnockenwelle 1 auf Seiten der Verstelleinrichtung 7 ohne umliegenden Zylinderkopf 5 dargestellt. Wie zu erkennen ist, ist die Ventilnockenwelle 1 als Hohlwelle ausgeführt und steht an ihrem Ende mit einer Mutter 11 eines Getriebes 12 der Verstelleinrichtung 7 fest in Verbindung. Die Mutter 11 ist an ihrem Innendurchmesser mit einem Gewinde auf einem hierzu korrespondierenden Gewinde einer Spindel 13 aufgesetzt, wobei eine relative Rotation der Spindel 13 zur Mutter 11 eine axiale Bewegung der Mutter 11 in die entsprechende Richtung hervorruft. Die Spindel 13 steht an ihrer der Ventilnockenwelle 1 abgewandten Seite mit dem Innenring einer Axiallagereinheit 14 in Verbindung, welche als zweiseitig wirkendes, vorgespanntes Wälzlager ausgebildet ist. Der Innenring dieser Axiallagereinheit 14 kann hierbei bezüglich des Außenrings eine Rotation ausführen und steht des Weiteren über eine Kreuzschieberkupplung 15 mit dem Verstellmotor 8 in Wirkverbindung.
  • Der hier nicht geschnitten dargestellte Verstellmotor 8 ist als Elektromotor ausgeführt und verfügt auf bekannte Weise über einen Rotor, der mit der Kreuzschieberkupplung 15 verbunden ist, und einen mit Deckel 10 verbundenen Statorteil. Dem Fachmann wird allerdings klar sein, dass der Verstellmotor 8 auch in Form eines alternativen Aktuators verwirklicht sein kann, beispielsweise in Form einer Hysteresebremse. Der Außenring der Axiallagereinheit 14 ist fest an einer Antriebsbaueinheit 16 angegliedert, die zwischen einem ersten Teil 17 und einem zweiten Teil 18 die hier nicht dargestellte Antriebsscheibe 6 trägt und zudem mittels des ersten Teils 17 den Innenring 19 einer Gleitlagerung zur Lagerung der Ventilnockenwelle 1 im Zylinderkopf 5 ausbildet.
  • Zwischen dem als Hohlwelle ausgeführten ersten Teil 17 und der Ventilnockenwelle 1 sind in radialer Richtung Führungskörper 20 in Form von Kugeln platziert, die in seitens der Ventilnockenwelle 1 und seitens des zweiten Teils 17 der Antriebsbaueinheit 16 vorgesehenen, zueinander korrespondierenden Führungsbahnen 21 und 22 laufen. Diese sind jeweils helixartig ausgebildet und ermöglichen so zum einen die Übertragung eines Drehmoments von der Antriebsscheibe 6 mittels der Antriebsbaueinheit 16 auf die Ventilnockenwelle 1 und bewirken zum anderen bei einer axialen Verschiebung der Ventilnockenwelle 1 über die Führungskörper 20 eine Relativverdrehung der Ventilnockenwelle 1 bezüglich der Antriebsbaueinheit 16.
  • Das Getriebe 12 und die Antriebsbaueinheit 16 sind radial ineinander verschachtelt angeordnet, wobei sich die Spindel 13 und die Führungsbahnen 21, 22 axial vollständig axial überlappen.
  • Im Betrieb der Brennkraftmaschine wird über die Antriebsscheibe 6 und mittels der Antriebsbaueinheit 16 ein Drehmoment auf die Ventilnockenwelle 1 übertragen, wobei das gesamte Getriebe 12 sowie der Rotor des Verstellmotors 8 mit gleicher Drehzahl mit rotieren. Wird nun durch Betätigung des Verstellmotors 8 die Rotation des Motors verstärkt oder verzögert, so wird dies mittels der Kreuzschieberkupplung 15 auf die Spindel 13 übertragen. Die sich daraufhin einstellende Differenzdrehzahl zwischen Spindel 13 und Mutter 11 bewirkt eine axiale Verschiebung der Mutter 11, wobei die Richtung dieser axialen Verschiebung dem Vorzeichen der Drehzahldifferenz zwischen Spindel 13 und Mutter 11 entspricht. Die Mutter 11 führt bei dieser Bewegung die Ventilnockenwelle 1 mit sich, die gleichzeitig aufgrund der Führungsbahnen 21 und 22 und der Führungskörper 20 eine Relativverdrehung bezüglich der Antriebsbaueinheit 16 ausführt. Um allerdings einer Beschädigung des Getriebes 12 durch eine zu weite axiale Verschiebung der Mutter 11 vorzubeugen, sind auf der Spindel 13 beidseits der Mutter 11 ortsfest platzierte Radialanschläge 23 und 24 vorgesehen, wobei der Radialanschlag 24 durch den Innenring der Axiallagereinheit 14 ausgebildet ist. Die Radialanschläge 23 und 24 treten jeweils ab einer definierten Position der Mutter 11 mit daran verlaufenden Auskragungen 25 und 26 in Kontakt. Zur besseren Nachvollziehbarkeit ist ein Zusammenwirken dieser Elemente in der perspektivischen Detailansicht in Fig.3 näher dargestellt.
  • Aus Fig.4 ist eine alternative Möglichkeit zur Begrenzung der axialen Bewegung einer Mutter 11' dargestellt. Im Unterschied zu der vorher beschriebenen Variante wird hierbei eine durch die Spindel 13 hervorgerufene, axiale Verschiebung der Mutter 11' durch beidseitig angeordnete - hier nur auf einer Seite dargestellt - Axialanschläge 27 bewerkstelligt, die fest mit dem Zylinderkopf 5 verbunden sind.
    • Bezugszeichenliste
    • 1
    Ventilnockenwelle
    2
    Nocken
    3
    Betätigungseinrichtung
    4a, 4b
    Ladungswechselventile
    5
    Zylinderkopf
    6
    Antriebsscheibe
    7
    Verstelleinrichtung
    8
    Verstellmotor
    9
    Kammer
    10
    Deckel
    11, 11'
    Mutter
    12
    Getriebe
    13
    Spindel
    14
    Axiallagereinheit
    15
    Kreuzschieberkupplung
    16
    Antriebsbaueinheit
    17
    erster Teil Antriebsbaueinheit
    18
    zweiter Teil Antriebsbaueinheit
    19
    Innenring Gleitlagerung
    20
    Führungskörper
    21
    Führungsbahn Ventilnockenwelle
    22
    Führungsbahn Antriebsbaueinheit
    23, 24
    Radialanschläge
    25, 26
    Auskragungen Mutter
    27
    Axialanschlag

Claims (12)

  1. Ventiltrieb zum Steuern von Ladungswechselventilen (4a, 4b) einer Brennkraftmaschine, umfassend mindestens eine innerhalb eines Zylinderkopfs (5) der Brennkraftmaschine gelagerte Ventilnockenwelle (1), die über eine Antriebsscheibe (6) in Rotation versetzbar ist, wobei eine einen Verstellmotor (8) und ein Getriebe (12) aufweisende Verstelleinrichtung (7) vorgesehen ist, welche bei Betätigung des Verstellmotors (8) und über das Getriebe (12) gezielt für eine axiale Verschiebung und Verdrehung der mindestens einen Ventilnockenwelle (1) relativ zu der Antriebsscheibe (6) sorgt, um eine über Nocken (2) der mindestens einen Ventilnockenwelle (1) stattfindende Betätigung der Ladungswechselventile (4a, 4b) gezielt zu variieren, und wobei der Verstellmotor (8) innerhalb einer mit der Antriebsscheibe (6) gemeinsamen Kammer des Zylinderkopfes (5) oder eines Ketten-bzw. Riemenkastens (9) platziert ist, dadurch gekennzeichnet, dass das Getriebe (12) eine mit einem Ende der mindestens einen Ventilnockenwelle (1) fest verbundene Mutter (11, 11') und eine mit dem Verstellmotor (8) in Verbindung stehende Spindel (13) umfasst und sich über eine Axiallagereinheit (14) an einer die Antriebsscheibe (6) tragenden Antriebsbaueinheit (16) abstützt, wobei eine über den Verstellmotor (8) eingeleitete Relativrotation der Spindel (13) bezüglich der Antriebsscheibe (6) in eine axiale Verschiebung der Mutter (11, 11) umsetzbar ist.
  2. Ventiltrieb nach Anspruch 1, dadurch gekennzeichnet, dass die Nocken (2) der mindestens einen Ventilnockenwelle (1) eine in axialer Richtung veränderliche Nockenerhebung aufweisen.
  3. Ventiltrieb nach Anspruch 1 oder 2, dadurch gekennzeichnet, dass die axiale Verschiebung der Mutter (11') in beide Richtungen durch jeweils fest mit dem Zylinderkopf (5) in Verbindung stehende Axialanschläge (27) begrenzbar ist.
  4. Ventiltrieb nach Anspruch 1 oder 2, dadurch gekennzeichnet, dass die axiale Verschiebung der Mutter (11) in beide Richtungen durch jeweils ortsfest auf der Spindel (13) platzierte Radialanschläge (23, 24) begrenzbar ist, welche ab einer definierten Position mit jeweils an der Mutter (11) vorgesehenen Auskragungen (25, 26) in Kontakt treten.
  5. Ventiltrieb nach einem der Ansprüche 1-4, dadurch gekennzeichnet, dass die Axiallagereinheit (14) nach Art eines zweiseitig wirkenden, vorgespannten Wälzlagers ausgebildet ist.
  6. Ventiltrieb nach einem der Ansprüche 1-5, dadurch gekennzeichnet, dass zwischen Spindel (13) und Verstellmotor (8) eine Kupplung in Form einer Kreuzschieberkupplung (15) vorgesehen ist.
  7. Ventiltrieb nach einem der Ansprüche 2-6, dadurch gekennzeichnet, dass in radialer Richtung zwischen der mindestens einen Ventilnockenwelle (1) und der die Antriebsscheibe (6) tragenden Antriebsbaueinheit (16) mindestens ein Führungskörper (20) platziert ist, welcher in seitens der mindestens einen Ventilnockenwelle (1) und seitens der Antriebsbaueinheit (16) vorgesehenen, zueinander korrespondierenden und helixartig verlaufenden Führungsbahnen (21, 22) läuft und bei einer axialen Verschiebung der mindestens einen Ventilnockenwelle (1) eine Relativverdrehung der mindestens einen Ventilnockenwelle (1) bezüglich der Antriebsbaueinheit (16) bewirkt.
  8. Ventiltrieb nach Anspruch 7, dadurch gekennzeichnet, dass die Spindel (13) und die Führungsbahnen (21, 22) sich überwiegend oder vollständig axial überlappend angeordnet sind.
  9. Ventiltrieb nach Anspruch 7, dadurch gekennzeichnet, dass der mindestens eine Führungskörper (20) kugelförmig ausgestaltet ist.
  10. Ventiltrieb nach einem der vorhergehenden Ansprüche, dadurch gekennzeichnet, dass der Verstellmotor (8) nach Art eines Elektromotors ausgebildet ist.
  11. Ventiltrieb nach einem der vorhergehenden Ansprüche, dadurch gekennzeichnet, dass die Antriebsscheibe (6) als Kettenscheibe ausgeführt ist.
  12. Brennkraftmaschine zum Antrieb eines Kraftfahrzeuges, umfassend einen Ventiltrieb nach einem der Ansprüche 1-12.
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