EP2464835B1 - Variabler ventiltrieb für brennkraftmaschinen zur betätigung von gaswechselventilen - Google Patents

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EP2464835B1
EP2464835B1 EP10760231.0A EP10760231A EP2464835B1 EP 2464835 B1 EP2464835 B1 EP 2464835B1 EP 10760231 A EP10760231 A EP 10760231A EP 2464835 B1 EP2464835 B1 EP 2464835B1
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EP
European Patent Office
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cam
switching
valve train
sleeves
disposed
Prior art date
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EP10760231.0A
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EP2464835A2 (de
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Andreas Werler
Thomas Arnold
Heiko Neukirchner
Jörg Wutzler
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IAV GmbH Ingenieurgesellschaft Auto und Verkehr
Original Assignee
IAV GmbH Ingenieurgesellschaft Auto und Verkehr
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    • F01—MACHINES OR ENGINES IN GENERAL; ENGINE PLANTS IN GENERAL; STEAM ENGINES
    • 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
    • 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
    • F—MECHANICAL ENGINEERING; LIGHTING; HEATING; WEAPONS; BLASTING
    • F01—MACHINES OR ENGINES IN GENERAL; ENGINE PLANTS IN GENERAL; STEAM ENGINES
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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 invention relates to a variable valve train for internal combustion engines for actuating gas exchange valves with the features mentioned in the preamble of claim 1.
  • the disadvantage here is the high space requirement, which is needed to adjust the cam carrier. These solutions are therefore only applicable at relatively large cylinder spacings to accommodate the corresponding components can. Another disadvantage is the high mass forces that occur during the adjustment process, which are needed to move the cam carrier or the adjusting organs. Switching over to a corresponding cam contour can only be done in a cylinder-selective manner. Valve-selective switching is not possible.
  • the DE 100 54 623 A1 describes a device for switching a cam carrier on a camshaft for actuating gas exchange valves, in which the cam carrier is guided axially displaceably on the camshaft. According to the position of the cam carrier, the gas exchange valve is in operative connection with different cam contours.
  • the control element is a radially outwardly displaceable pin, which is connected to at least two in a by about 180 ° around the cam carrier arranged around guide part formed link tracks in the extended state cooperates.
  • a disadvantage of this solution in addition to the additional space for the guide member is that extended to switch to another cam contour of the pin from the camshaft and must be meshed in an axially displaceable shift gate. After switching, the pin must be retracted. This design is very part and production-consuming and there is a risk of damage to the camshaft by faulty circuits of the pin.
  • Another disadvantage is that the motor speed is limited by the necessary actuating time of the pin. In addition, the adjustment depends on the existing oil pressure.
  • the disadvantage of this solution is that only a plurality of cam carriers arranged on the cam carrier can be moved simultaneously by the axial displacement of the adjusting. A different circuit of individual cam carriers on a camshaft is not possible.
  • Another disadvantage is that at a switching position in which an outer cam is engaged with the gas exchange valves, the spring element is constantly stretched. As a result, high lateral frictional forces occur between the driving piece and the guideway arranged on the adjusting member. An increased wear and associated possible faulty circuits are the result.
  • a further disadvantage is that the acting spring forces must be set accurately to faulty circuits, in particular when switching back to the central cam profile with three different cam profiles, to avoid.
  • valve train for actuating gas exchange valves of internal combustion engines.
  • the displacement of the cam carrier for valve switching on the camshaft tube is effected by a rotatable switching shaft arranged in the interior of the camshaft tube.
  • the switching shaft is provided with a switching contour having an axial slope.
  • a switching ball is guided, which is mounted in a bore of a switching shaft surrounding the axially displaceable shift sleeve.
  • the switching sleeve is connected via a driver with the cam carrier in operative connection.
  • the invention has for its object to provide a variable valve train for actuating gas exchange valves of internal combustion engines, which is characterized by a simplified structure while reducing the friction forces occurring.
  • the valve drive according to the invention for internal combustion engines for actuating gas exchange valves consists of a driven by a crankshaft of the internal combustion engine camshaft, which is formed of a plurality of individual mutually axially displaceable cam sleeves.
  • On each cam sleeve several different cam profiles are arranged with the same base circle section, which can be brought by displacement of the individual cam sleeves with the gas exchange valves engaged.
  • a co-rotating with the cam sleeves switching shaft is arranged, which is connected via a switching ball with the respective cam sleeve in operative connection.
  • the switching balls are each fixedly mounted in each cam sleeve and sliding in a arranged on the switching shaft switching contour.
  • the switching shaft is connected via a gear with a non-rotatably on the cam sleeve but axially displaceable sliding piece.
  • a fixedly arranged on the housing of the internal combustion engine actuator can be brought into operative connection with the sliding piece for generating a Relatiwerpitung the shift shaft relative to the cam sleeves.
  • the advantage of the solution according to the invention consists in a simple design of the actuator for safe valve switching between different cam profiles of the camshaft at the same time the friction occurring between the individual components has been reduced.
  • FIG. 1 a portion of a valve train of an internal combustion engine.
  • the valve drive for actuating gas exchange valves consists of a driven by a crankshaft of the internal combustion engine camshaft, which is formed of a plurality of individual mutually axially displaceable cam sleeves 7.
  • Each cylinder of a multi-cylinder internal combustion engine is associated with an axially displaceable cam sleeve 7, with which, according to the embodiment, two gas exchange valves of a cylinder through the both arranged on the cam sleeve 7 cam profiles 9 can be operated.
  • the cam sleeve 7 has at a same base circle portion 10 a plurality of differently shaped cam profiles 9a, 9b and 9c, which are brought to Ventilhubumsciens either by moving the cam sleeve 7 respectively directly or via non-illustrated intermediate members with a respective gas exchange valve in contact.
  • each cam sleeve 7 has two cam profiles 9, each having a small cam profile 9a, a central cam profile 9b and a large cam profile 9c for actuating the two gas exchange valves.
  • the cam profiles 9 of each cam sleeve 7 are formed from only two or more than three different sized cam profiles. To achieve a phase shift between the different cam profiles 9a, 9b and 9c, the curves of the cam profiles 9a, 9b and 9c can be arranged offset to one another.
  • the individual mutually axially displaceable cam sleeves 7 are connected to each other by an axially extending toothing 8.
  • the cam sleeves 7 are formed such that the teeth 8 of the respectively adjacent cam sleeves 7a and 7b are formed engaging one another. This ensures that the individual cam sleeves 7 are mutually axially displaceable and rotatably connected to each other.
  • a switching shaft 1 is arranged, which rotates, except during the switching process, synchronously with the cam sleeves 7.
  • Each cam sleeve 7 is connected via a switching ball 3 with the switching shaft 1 in operative connection.
  • the switching ball 3 is slidably mounted in a hemispherically shaped receptacle of the respective cam sleeve 7 and in a arranged on the switching shaft 1 switching contour 2.
  • the arranged on the surface of the switching shaft 1 for each cam sleeve 7 switching contour 2 is provided with an axial slope. Due to the axial slope is formed on the surface of the switching shaft 1, a spirally formed switching contour 2, the respective beginning of the switching shaft 1, according to the axial displacements of the individual switching sleeves 7, equal or circumferentially offset from one another.
  • the individual axial slopes of the arranged for each cam sleeve 7 switching contour 2 on the circumference of the switching shaft 1 are arranged offset from each other.
  • this variant is shown. With a simultaneous axial displacement the individual cam sleeves 7 are the individual axial slopes of the arranged for each cam sleeve 7 switching contour 2 on the circumference of the switching shaft 1 in the same axial plane.
  • the shift shaft 1 is according to FIG. 1 connected via a threaded spindle 4 with a cam sleeve 7 on a rotationally fixed but axially displaceable sliding piece 5.
  • the connection between cam sleeve 7 and sliding piece 5 takes place via an intermeshing axial toothing 13.
  • the threaded spindle 4 of the switching shaft 1 is formed as a helical toothing and engages in the correspondingly formed toothing of the sliding piece 5 a.
  • the sliding piece 5 can be brought into operative connection with a housing of the internal combustion engine firmly connected actuator 6.
  • a pin 11 arranged on the actuator 6 engages in the contour 12 arranged on the circumference of the displacement piece 5.
  • the sliding piece 5 is displaceable axially on the first cam sleeve 7 in both directions according to the double arrow shown in the drawing.
  • FIG. 2 is a variant of the connection of the switching shaft 1 with the on a cam sleeve 7 axially displaceable sliding piece 5 shown.
  • the connection of the shift shaft 1 with the sliding piece 5 takes place here via a cam mechanism.
  • the cam mechanism consists of a arranged on the circumference of the switching shaft 1 switching contour 14 in the sliding a switching ball 15 is mounted, which in turn is mounted in a arranged on the inner circumference of the sliding piece 5 hemispherical receptacle.
  • the displacement of the sliding piece 5 is also effected by an actuator 6.
  • variable valve train for realizing a changeover between the different cam profiles 9a, 9b and 9c is as follows.
  • the cam sleeves 7, the control shaft 1 and the displacement piece 5 rotate at synchronous speed.
  • the actuator 6 is not engaged with the sliding piece 5.
  • a changeover to another cam profile can only be performed when the base circle portion 10 is in engagement with the gas exchange valve or the intermediate member.
  • the actuator 6 is activated by a corresponding control and brought into engagement with the sliding piece 5. In the described embodiment, this takes place in that a pin 11 is extended in the direction of the sliding piece 5 and engages in the contour 12 arranged on the circumference of the sliding piece 5.
  • the sliding piece 5 is displaced axially on the cam sleeve 7 by the pin 11 sliding in the contour 12 to the right or to the left, according to the switching operation to be carried out.
  • the axial movement of the sliding piece 5 is translated into a rotation of the switching shaft 1. Due to the relative rotation of the switching ball 3 slides in the path of the switching contour 2.
  • the switching contours 2 According to the realized relative rotation and the execution of each with each cam sleeve 7 via the switching balls 3 operatively connected switching contours 2 is a axial displacement of the cam sleeves 7 against each other and thus switching between the individual cam profiles 9a, 9b and 9c.
  • the displacement of the sliding piece 5 can also be effected, for example, by an actuator 6 that acts magnetically on the sliding piece 5.
  • the advantage of the solution according to the invention consists in a simple and small construction of the valve train, can be realized with the variably adapted for the engine valve lift switching.

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Description

  • Die Erfindung betrifft einen variablen Ventiltrieb für Brennkraftmaschinen zur Betätigung von Gaswechselventilen mit den im Oberbegriff des Patentanspruches 1 genannten Merkmalen.
  • Es ist bekannt, Gaswechselventile einer Brennkraftmaschine variabel mit unterschiedlichen Öffnungs- und Schließzeitpunkten sowie mit unterschiedlichen Ventilöffnungshüben zu betreiben. Eine derartige Ventilsteuerung ist aus der DE 42 30 877 A1 vorbekannt. Dabei ist auf einer Nockenwelle drehfest, aber axial verschiebbar ein Nockenträger mit zwei unterschiedlichen Nockenkonturen angeordnet. Entsprechend der Axialstellung des Nockenträgers steht eine Nockenkontur über ein Zwischenglied (Übertragungshebel) mit dem Hubventil in Wirkverbindung. Die Axialverschiebung des Nockenträgers zur Änderung der Ventilparameter erfolgt während der Grundkreisphase entgegen der Wirkung einer Rückstellfeder mittels eines Druckringes.
  • Nachteilig ist dabei der hohe Bauraumbedarf, der zur Verstellung des Nockenträgers benötigt wird. Diese Lösungen sind deshalb nur einsetzbar bei verhältnismäßig großen Zylinderabständen, um die entsprechenden Bauteile unterbringen zu können. Ein weiterer Nachteil sind die beim Stellvorgang auftretenden hohen Massenkräfte, die zum Verschieben der Nockenträger oder der Verstellorgane benötigt werden. Die Umschaltung auf eine entsprechende Nockenkontur kann nur zylinderselektiv erfolgen. Eine ventilselektive Umschaltung ist nicht möglich.
  • Die DE 100 54 623 A1 beschreibt eine Vorrichtung zum Umschalten eines Nockenträgers auf einer Nockenwelle zur Betätigung von Gaswechselventilen, bei der der Nockenträger axial verschiebbar auf der Nockenwelle geführt ist. Entsprechend der Position des Nockenträgers steht das Gaswechselventil mit unterschiedlichen Nockenkonturen in Wirkverbindung. Die Verstellung des Nockenträgers erfolgt über ein Stellelement im Zusammenwirken mit einer Kulissenbahn. Das Stellelement ist dabei ein radial nach außen verschiebbarer Pin, der mit zumindest zwei in einem um ca. 180° um den Nockenträger herum angeordneten Führungsteil ausgebildeten Kulissenbahnen im ausgefahrenen Zustand zusammenwirkt.
  • Ein Nachteil dieser Lösung besteht neben dem zusätzlichen Bauraum für das Führungsteil darin, dass zum Umschalten auf eine andere Nockenkontur der Pin aus der Nockenwelle ausgefahren und in eine axial verschiebbare Schaltkulisse eingespurt werden muss. Nach dem Schaltvorgang muss der Pin wieder eingefahren werden. Diese Konstruktion ist sehr teile- und fertigungsaufwendig und es besteht die Gefahr von Schäden an der Nockenwelle durch Fehlschaltungen des Pins. Ein weiterer Nachteil besteht darin, dass durch die notwendige Stellzeit des Pins die Motordrehzahl begrenzt wird. Außerdem ist die Verstellung abhängig von dem jeweils vorhandenen Öldruck.
  • Weiterhin ist aus der DE 195 20 117 C2 ein Ventiltrieb einer Brennkraftmaschine vorbekannt, bei dem auf der Nockenwelle drehfest ein axial verschiebbarer Nockenträger mit mindestens zwei unterschiedlichen Nockenbahnen angeordnet ist. Die Verstellung des Nockenträgers erfolgt über ein Verstellorgan, das im Inneren der Nockenwelle geführt ist. Durch eine stirnseitig an der Nockenwelle angeordnete doppelt wirkende hydraulische oder pneumatische Kolben-Zylinder-Einheit wird das wellenartig ausgebildete Verstellorgan im Inneren der Nockenwelle gegen den Druck einer Feder verschoben. Das Verstellorgan ist mit einem Mitnahmestück verbunden, das ein axial in der Nockenwelle angeordnetes Langloch durchdringt und in eine Bohrung des Nockenträgers mündet.
  • Der Nachteil dieser Lösung besteht darin, dass durch die axiale Verschiebung des Verstellorgans nur mehrere auf der Nockenwelle angeordnete Nockenträger gleichzeitig verschoben werden können. Eine unterschiedliche Schaltung von einzelnen Nockenträgern auf einer Nockenwelle ist nicht möglich. Ein weiterer Nachteil besteht darin, dass bei einer Schaltposition, bei der ein äußerer Nocken im Eingriff mit den Gaswechselventilen steht, das Federelement ständig gespannt ist. Dadurch treten hohe seitliche Reibkräfte zwischen dem Mitnehmerstück und der auf dem Verstellorgan angeordneten Führungsbahn auf. Ein erhöhter Verschleiß und damit verbundene eventuelle Fehlschaltungen sind die Folge. Nachteilig ist weiterhin, dass die wirkenden Federkräfte genau eingestellt werden müssen, um Fehlschaltungen, insbesondere bei Rückschaltung auf das mittlere Nockenprofil bei drei unterschiedlichen Nockenprofilen, zu vermeiden.
  • Durch die DE 10 2009 017 242 der Anmelderin wurde bereits ein Ventiltrieb zur Betätigung von Gaswechselventilen von Brennkraftmaschinen vorgeschlagen. Bei dem Ventiltrieb erfolgt die Verschiebung des Nockenträgers zur Ventilumschaltung auf dem Nockenwellenrohr durch eine im Inneren des Nockenwellenrohrs angeordnete verdrehbare Schaltwelle. Die Schaltwelle ist mit einer Schaltkontur versehen, die eine axiale Steigung aufweist. In der Schaltkontur wird eine Schaltkugel geführt, die in einer Bohrung einer die Schaltwelle umgebenden axial verschiebbaren Schalthülse gelagert ist. Die Schalthülse steht über einen Mitnehmer mit dem Nockenträger in Wirkverbindung. Durch Verdrehen der Schaltwelle wird über die Schaltkugel die Schalthülse und über den Mitnehmer der Nockenträger axial verschoben.
  • Durch die Anordnung einer Schalthülse zwischen der Schaltwelle und dem Nockenwellenrohr treten zusätzlich zu überwindende Reibungskräfte auf. Außerdem ist die Lösung durch die Anordnung der Schalthülse sehr teileaufwändig.
  • Der Erfindung liegt die Aufgabe zugrunde, einen variablen Ventiltrieb zur Betätigung von Gaswechselventilen von Brennkraftmaschinen zu schaffen, der sich durch einen vereinfachten Aufbau bei gleichzeitiger Reduzierung der auftretenden Reibungskräfte auszeichnet.
  • Erfindungsgemäß wird die Aufgabe durch die Merkmale des Patentanspruches 1 gelöst.
  • Der erfindungsgemäße Ventiltrieb für Verbrennungskraftmaschinen zur Betätigung von Gaswechselventilen besteht aus einer von einer Kurbelwelle der Verbrennungskraftmaschine angetriebenen Nockenwelle, die aus mehreren einzelnen gegeneinander axial verschiebbaren Nockenhülsen gebildet wird. Die Verbindung der einzelnen separat gegeneinander verschiebbaren Nockenhülsen miteinander erfolgt über eine axial verlaufende Verzahnung, wobei die Verzahnungen der jeweils benachbarten Nockenhülsen ineinander eingreifend ausgebildet sind. Auf jeder Nockenhülse sind mehrere unterschiedliche Nockenprofile mit gleichem Grundkreisabschnitt angeordnet, die durch Verschiebung der einzelnen Nockenhülsen mit den Gaswechselventilen in Eingriff gebracht werden können. Im Inneren der Nockenhülsen ist eine sich mit den Nockenhülsen mitdrehende Schaltwelle angeordnet, die über eine Schaltkugel mit der jeweiligen Nockenhülse in Wirkverbindung steht. Die Schaltkugeln sind jeweils fest in jeder Nockenhülse und gleitend in einer auf der Schaltwelle angeordneten Schaltkontur gelagert. Die Schaltwelle ist über ein Getriebe mit einem auf der Nockenhülse drehfest aber axial verschiebbaren Verschiebestück verbunden. Ein fest an dem Gehäuse der Verbrennungskraftmaschine angeordneter Aktuator ist mit dem Verschiebestück zur Erzeugung einer Relatiwerdrehung der Schaltwelle gegenüber den Nockenhülsen in Wirkverbindung bringbar.
  • Der Vorteil der erfindungsgemäßen Lösung besteht in einem einfachen Aufbau der Betätigungsvorrichtung zur sicheren Ventilumschaltung zwischen unterschiedlichen Nockenprofilen der Nockenwelle bei der gleichzeitig die zwischen den einzelnen Bauteilen auftretende Reibung reduziert wurde.
  • Weitere vorteilhafte Ausgestaltungen sind in den Unteransprüchen beschrieben, sie werden in der Beschreibung zusammen mit ihren Wirkungen erläutert.
  • Anhand von Zeichnungen wird die Erfindung nachfolgend an Ausführungsbeispielen näher beschrieben. In den dazugehörigen Zeichnungen zeigen:
    • Fig. 1:
    eine Schnittdarstellung der erfindungsgemäßen Lösung und
    Fig. 2:
    eine Variante der erfindungsgemäßen Lösung als Einzelheit in einer Halbschnittdarstellung.
  • In der Figur 1 ist ein Teilbereich eines Ventiltriebs einer Brennkraftmaschine dargestellt. Der Ventiltrieb zur Betätigung von nicht dargestellten Gaswechselventilen besteht aus einer von einer Kurbelwelle der Verbrennungskraftmaschine angetriebenen Nockenwelle, die aus mehreren einzelnen gegeneinander axial verschiebbaren Nockenhülsen 7 gebildet wird. Jedem Zylinder einer mehrzylindrigen Brennkraftmaschine ist eine axial verschiebbare Nockenhülse 7 zugeordnet, mit dem, entsprechend dem Ausführungsbeispiel, jeweils zwei Gaswechselventile eines Zylinders durch die beiden auf der Nockenhülse 7 angeordneten Nockenprofile 9 betätigt werden können. Die Nockenhülse 7 weist bei einem gleichen Grundkreisabschnitt 10 mehrere unterschiedlich ausgebildete Nockenprofile 9a, 9b und 9c auf, die zur Ventilhubumschaltung wahlweise durch Verschieben der Nockenhülse 7 jeweils direkt oder über nicht dargestellte Zwischenglieder mit einem jeweiligen Gaswechselventil in Kontakt gebracht werden. In dem dargestellten Ausführungsbeispiel weist jede Nockenhülse 7 zwei Nockenprofile 9, mit jeweils einem kleinen Nockenprofil 9a, einem mittleren Nockenprofil 9b und einem großen Nockenprofil 9c zur Betätigung der beiden Gaswechselventile, auf. Es ist durchaus denkbar, dass die Nockenprofile 9 jeder Nockenhülse 7 aus nur zwei oder mehr als drei unterschiedlich großen Nockenprofilen gebildet werden. Zur Erzielung einer Phasenverschiebung zwischen den unterschiedlichen Nockenprofilen 9a, 9b und 9c können die Kurven der Nockenprofile 9a, 9b und 9c zueinander versetzt angeordnet sein.
  • Die einzelnen gegeneinander axial verschiebbaren Nockenhülsen 7 sind miteinander durch eine axial verlaufende Verzahnung 8 verbunden. Dabei sind die Nockenhülsen 7 derart ausgebildet, dass die Verzahnung 8 der jeweils benachbarten Nockenhülsen 7a und 7 b ineinander eingreifend ausgebildet sind. Dadurch wird erreicht, dass die einzelnen Nockenhülsen 7 gegeneinander axial verschiebbar und drehfest miteinander verbunden sind. Innerhalb der Nockenhülsen 7 ist eine Schaltwelle 1 angeordnet, die sich, außer während des Schaltprozesses, synchron mit den Nockenhülsen 7 mitdreht. Jede Nockenhülse 7 steht über eine Schaltkugel 3 mit der Schaltwelle 1 in Wirkverbindung. Die Schaltkugel 3 ist in einer halbkugelförmig ausgebildeten Aufnahme der jeweiligen Nockenhülse 7 und in einer auf der Schaltwelle 1 angeordneten Schaltkontur 2 gleitend gelagert. Die auf der Oberfläche der Schaltwelle 1 für jede Nockenhülse 7 angeordnete Schaltkontur 2 ist mit einer axialen Steigung versehen. Durch die axiale Steigung entsteht auf der Oberfläche der Schaltwelle 1 eine spiralförmig ausgebildete Schaltkontur 2, deren jeweiliger Beginn auf der Schaltwelle 1, entsprechend den vorzunehmenden axialen Verschiebungen der einzelnen Schalthülsen 7, gleich oder am Umfang versetzt zueinander angeordnet ist. Bei einer nacheinander durchzuführenden axialen Verschiebung der einzelnen Nockenhülsen 7 sind die einzelnen axialen Steigungen der für jede Nockenhülse 7 angeordneten Schaltkontur 2 am Umfang der Schaltwelle 1 zueinander versetzt angeordnet. In der Figur 1 ist diese Variante dargestellt. Bei einer gleichzeitigen axialen Verschiebung der einzelnen Nockenhülsen 7 liegen die einzelnen axialen Steigungen der für jede Nockenhülse 7 angeordneten Schaltkontur 2 am Umfang der Schaltwelle 1 in gleicher axialer Ebene.
  • Die Schaltwelle 1 ist gemäß Figur 1 über eine Gewindespindel 4 mit einem auf einer Nockenhülse 7 drehfest aber axial verschiebbaren Verschiebestück 5 verbunden. Die Verbindung zwischen Nockenhülse 7 und Verschiebestück 5 erfolgt dabei über eine ineinandergreifende Axialverzahnung 13. Die Gewindespindel 4 der Schaltwelle 1 ist als Schrägverzahnung ausgebildet und greift in die entsprechend ausgebildete Verzahnung des Verschiebestücks 5 ein. Das Verschiebestück 5 ist mit einem Gehäuse der Brennkraftmaschine fest verbundenen Aktuator 6 in Wirkverbindung bringbar. Entsprechend der Ansteuerung des Aktuators 6 greift dabei ein an dem Aktuator 6 angeordneter Pin 11 in die am Umfang des Verschiebestücks 5 angeordnete Kontur 12 ein. Das Verschiebestück 5 ist entsprechend dem in der Zeichnung dargestelltem Doppelpfeil in beide Richtungen axial auf der ersten Nockenhülse 7 verschiebbar.
  • In der Figur 2 ist eine Variante der Verbindung der Schaltwelle 1 mit dem auf einer Nockenhülse 7 axial verschiebbaren Verschiebestück 5 dargestellt. Die Verbindung der Schaltwelle 1 mit dem Verschiebestück 5 erfolgt hierbei über ein Kurvengetriebe. Das Kurvengetriebe besteht aus einer auf dem Umfang der Schaltwelle 1 angeordnete Schaltkontur 14 in der gleitend eine Schaltkugel 15 gelagert ist, die wiederum in einer am Innenumfang des Verschiebestücks 5 angeordneten halbkugelförmigen Aufnahme gelagert ist. Die Verschiebung des Verschiebestücks 5 erfolgt ebenfalls durch einen Aktuator 6.
  • Die Funktion des variablen Ventiltriebs zur Realisierung einer Umschaltung zwischen den unterschiedlichen Nockenprofilen 9a, 9b und 9c ist folgende.
  • Während des Eingriffes beispielsweise der mittleren Nockenprofile 9b der Nockenhülse 7a mit den Gaswechselventilen drehen sich die Nockenhülsen 7, die Schaltwelle 1 und das Verschiebestück 5 mit synchroner Drehzahl. Der Aktuator 6 steht nicht im Eingriff mit dem Verschiebestück 5. Eine Umschaltung zu einem andern Nockenprofil kann nur durchgeführt werden, wenn sich der Grundkreisabschnitt 10 im Eingriff mit dem Gaswechselventil bzw. dem Zwischenglied befindet. Zur Umschaltung des Eingriffes des Nockenprofils 9b auf das Gaswechselventil zu dem Nockenprofil 9a oder zu dem Nockenprofil 9c wird der Aktuator 6 durch eine entsprechende Ansteuerung aktiviert und mit dem Verschiebestück 5 in Eingriff gebracht. In dem beschrieben Ausführungsbeispiel erfolgt das dadurch, dass ein Pin 11 in Richtung des Verschiebestücks 5 ausgefahren wird und in die am Umfang des Verschiebestücks 5 angeordnete Kontur 12 einrastet. Entsprechend des angesteuerten Pins 11 wird das Verschiebestück 5 durch den in der Kontur 12 gleitenden Pin 11 nach rechts oder nach links, gemäß dem vorzunehmenden Schaltvorgang, auf der Nockenhülse 7 axial verschoben. Über die Gewindespindel 4 gemäß Figur 1 oder über das Kurvengetriebe gemäß Figur 2 wird die axiale Bewegung des Verschiebestücks 5 in eine Drehung der Schaltwelle 1 übersetzt. Dadurch entsteht eine Relativverdrehung der Schaltwelle 1 gegenüber den Nockenhülsen 7. Durch die Relativverdrehung gleitet die Schaltkugel 3 in der Bahn der Schaltkontur 2. Entsprechend der realisierten Relativverdrehung und der Ausführung der einzelnen mit jeder Nockenhülse 7 über die Schaltkugeln 3 in Wirkverbindung stehenden Schaltkonturen 2 erfolgt eine axiale Verschiebung der Nockenhülsen 7 gegeneinander und somit eine Umschaltung zwischen den einzelnen Nockenprofilen 9a, 9b und 9c.
  • Die Verschiebung des Verschiebestücks 5 kann beispielsweise auch durch einen magnetisch auf das Verschiebestück 5 wirkenden Aktuator 6 erfolgen.
  • Der Vorteil der erfindungsgemäßen Lösung besteht in einem einfachen und klein bauenden Aufbau des Ventiltriebs, mit dem variabel für den Motor angepasste Ventilhubumschaltungen realisiert werden können.
    • Aufstellung der verwendeten Bezugszeichen
  • 1 Schaltwelle
    2 Schaltkontur
    3 Schaltkugel
    4 Gewindespindel
    5 Verschiebestück
    6 Aktuator
    7 Nockenhülse
    8 Verzahnung
    9 Nockenprofil
    9a kleines Nockenprofil
    9b mittleres Nockenprofil
    9c großes Nockenprofil
    10 Grundkreisabschnitt
    11 Pin
    12 Kontur
    13 Axialverzahnung
    14 Schaltkontur
    15 Schaltkugel

Claims (10)

  1. Variabler Ventiltrieb für Verbrennungskraftmaschinen zur Betätigung von Gaswechselventilen, bei dem die Gaswechselventile schaltbar mit unterschiedlichen Nockenprofilen einer von einer Kurbelwelle der Verbrennungskraftmaschine angetriebenen Nockenwelle in Eingriff bringbar sind,
    dadurch gekennzeichnet, dass
    - die Nockenwelle aus mehreren einzelnen gegeneinander axial verschiebbaren Nockenhülsen (7) gebildet wird,
    - auf jeder Nockenhülse (7) mehrere unterschiedliche Nockenprofile (9a, 9b, 9c) mit gleichem Grundkreisabschnitt (10) angeordnet sind,
    - im Inneren der Nockenhülsen (7) eine sich mit den Nockenhülsen (7) mitdrehende Schaltwelle (1) angeordnet ist,
    - jede Nockenhülse (7) über eine Schaltkugel (3) mit einer auf der Schaltwelle (1) angeordneten Schaltkontur (2) in Wirkverbindung steht,
    - die Schaltwelle (1) mit einem auf einer Nockenhülse (7) drehfest aber axial verschiebbar angeordneten Verschiebestück (5) verbunden ist,
    - zum Verschieben der jeweiligen Nockenhülse (7) durch die in der Schaltkontur (2) auf der Schaltwelle (1) gleitenden Schaltkugel (3) das Verschiebestück (5) mit einem Aktuator (6) zur Erzeugung einer Relativverdrehung der Schaltwelle (1) gegenüber den Nockenhülsen (7) in Wirkverbindung bringbar ist.
  2. Ventiltrieb nach Anspruch 1,
    dadurch gekennzeichnet, dass
    die axial verschiebbaren Nockenhülsen (7) miteinander durch eine axial verlaufende Verzahnung (8) verbunden sind, wobei die Verzahnungen (8) der jeweils nebeneinander angeordneten Nockenhülsen (7a, 7b) ineinander eingreifend ausgebildet sind.
  3. Ventiltrieb nach Anspruch 1 und 2,
    dadurch gekennzeichnet, dass
    der Aktuator (6) fest mit einem Gehäuse der Verbrennungskraftmaschine verbunden ist.
  4. Ventiltrieb nach Anspruch 1 bis 3,
    dadurch gekennzeichnet, dass
    die Schaltkontur (2) der Schaltwelle (1) eine axiale Steigung aufweist.
  5. Ventiltrieb nach Anspruch 1 bis 4,
    dadurch gekennzeichnet, dass
    die Schaltkugel (3) in einer halbkugelförmig ausgebildeten Aufnahme der jeweiligen Nockenhülse (7) gelagert ist.
  6. Ventiltrieb nach Anspruch 1 bis 5,
    dadurch gekennzeichnet, dass
    bei einer nacheinander durchzuführenden axialen Verschiebung der einzelnen Nockenhülsen (7) die einzelnen axialen Steigungen der für jede Nockenhülse (7) angeordneten Schaltkontur (2) am Umfang der Schaltwelle (1) zueinander versetzt angeordnet sind.
  7. Ventiltrieb nach Anspruch 1 bis 5,
    dadurch gekennzeichnet, dass
    bei einer gleichzeitigen axialen Verschiebung der einzelnen Nockenhülsen (7) die einzelnen axialen Steigungen der für jede Nockenhülse (7) angeordneten Schaltkontur (2) am Umfang der Schaltwelle (1) in gleicher axialer Ebene liegen.
  8. Ventiltrieb nach Anspruch 1 bis 7,
    dadurch gekennzeichnet, dass
    die Schaltwelle (1) über eine Gewindespindel (4) mit einem auf einer Nockenhülse (7) drehfest aber axial verschiebbar angeordneten Verschiebestück (5) verbunden ist.
  9. Ventiltrieb nach Anspruch 8,
    dadurch gekennzeichnet, dass
    die Verbindung zwischen der Schaltwelle (1) und dem Verschiebestück (5) als eine Schrägverzahnung ausgebildet ist.
  10. Ventiltrieb nach Anspruch 1 bis 7,
    dadurch gekennzeichnet, dass
    die Schaltwelle (1) über ein Kurvengetriebe mit einem auf einer Nockenhülse (7) drehfest aber axial verschiebbar angeordneten Verschiebestück (5) verbunden ist.
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