EP2473716B1 - Vorrichtung zur nockenwellenverstellung einer brennkraftmaschine - Google Patents

Vorrichtung zur nockenwellenverstellung einer brennkraftmaschine Download PDF

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EP2473716B1
EP2473716B1 EP10743029A EP10743029A EP2473716B1 EP 2473716 B1 EP2473716 B1 EP 2473716B1 EP 10743029 A EP10743029 A EP 10743029A EP 10743029 A EP10743029 A EP 10743029A EP 2473716 B1 EP2473716 B1 EP 2473716B1
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EP
European Patent Office
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unit
camshaft
adjusting
tappet
control groove
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EP10743029A
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French (fr)
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Thomas Schiepp
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ETO Magnetic GmbH
Original Assignee
ETO Magnetic GmbH
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Publication date
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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
    • 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
    • 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
    • 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
    • F01L2013/0052—Modifications of valve-gear to facilitate reversing, braking, starting, changing compression ratio, or other specific operations for optimising engine performances by modifying valve lift according to various working parameters, e.g. rotational speed, load, torque the valves being driven by two or more cams with different shape, size or timing or a single cam profiled in axial and radial direction with cams provided on an axially slidable sleeve

Definitions

  • the present invention relates to a device for adjusting the camshaft of an internal combustion engine according to the preamble of the main claim.
  • Such a device is known from PCT / EP 2008/006417
  • an actuating element typically a plunger or the like actuating pin
  • This is particularly relevant for those applications in which different cam tracks are to be assigned switchable to an internal combustion engine.
  • the known from the generic state of the art ram unit together with the cooperating electromagnetic actuator is structurally complex, for the realization of the known groove engagement functionality in two penetration depths, the known ram unit has an arrangement consisting of an inner plunger (small diameter) and a surrounding outer plunger larger Diameter, which are assigned to the respective control grooves and the corresponding penetration depth.
  • Object of the present invention is therefore to improve a device for camshaft adjustment according to the preamble of the main claim in terms of a simplified structural realization, thus potentially increased reliability and reduction of the required components and assembly costs.
  • the profile element with two control grooves of different penetration depths is actuated by a plunger unit, which has a constant outside diameter at the engagement end in both penetration depths.
  • a plunger unit which has a constant outside diameter at the engagement end in both penetration depths.
  • the (preferred and typically designed as a one-piece, pin-like cylindrical body) ram unit is actuated by a bi- or tristable actuator which moves along the direction of movement an anchor unit and both for the first penetration depth (with associated first stable Positioning) and for the second penetration depth (with an associated second stable setting position) offers respective reliably controllable anchor positions.
  • the anchor unit according to the invention can be moved to a third setting position, which is out of engagement with the first and the second control groove.
  • the realization of the two different penetration depths with the tappet unit is advantageously made possible at first (Single) axial mounting location can be provided and depending on the set activation for the parking positions according to the control grooves (grooves) can selectively select and run, which then the rotation of the Hubprofilelements the intended axial displacement (in the respectively desired or set direction) is effected.
  • the geometry of the control grooves is particularly preferably configured such that an axial movement in a first direction of the camshaft can be effected by means of a first control groove of a first depth and a subsequent setting of the ram unit to a second penetration depth then moves off the second control groove and the camshaft counteracts first axial direction leads back.
  • the system can be supplemented by a third control groove, which then allows an axial movement (as well as a respective axial movement back) in a second, the first direction opposite axial direction of the camshaft.
  • the armature unit is implemented as part of the electromagnetic actuator by means of at least one permanent magnet unit, it is useful to achieve a bi- or tristable device to design the armature unit with a pair of axially opposite, further education disk-shaped magnet.
  • the permanent magnets can then be used to enable a currentless-stable state (the term "currentless-stable” in the context of the invention should be understood to mean that a parking position by the anchor unit (and the associated ram unit ) is reached and held without current supply to the coil unit is required).
  • the electromagnetic adjusting device tristable in such a way that a third (preferably stable) position is achieved in the axial direction between two axial end positions determined by adhering respective permanent magnet units to a stationary core region on the one hand, that a stable intermediate state is achieved by mutual, oppositely directed attraction effect of permanent magnets, additionally and / or alternatively by AC excitation of the coil means a (stable) middle position of the armature unit can be achieved, in which none of the permanent magnet units adheres to a stationary core Rather, permanent reverse polarity by the AC signal triggers this state (causing the tristurbance).
  • the plunger unit to interact with the armature unit in such a way that the (more preferably one-piece, metallic) plunger unit is detachably adhered to the armature unit by the action of the magnet (preferably on the front side) on the armature unit; insofar as maximum flexibility in use and installation is given.
  • the ram unit in such a way that, at one end, in the direction of the permanent magnet unit, it has favorable magnetic properties for adhesive cooperation with the armature unit, at the other end, and for engaging in the profile element or a respective control groove suitable tough or wear-resistant material optimized.
  • a device for adjusting the camshaft of an internal combustion engine is realized by the present invention in a surprisingly simple and effective manner, which combines constructive simplicity with compact design and high reliability.
  • FIG. 1 This shows the wide view of the Fig. 1 (This is incomplete with respect to adjacent further grooves), as with a on a (not shown) camshaft of an internal combustion engine rotatably mounted Hubprofilelement 12 a control groove 14, which (see the lower portion of the illustration of Fig. 1 ) From a common groove bottom in a left side branching Nutverlauf 16 a first, shallower depth (indicated by the dashed line in the settlement of Fig. 2 ) and a right side deeper groove course 18 (continuous black course in the settlement of Fig. 2 ) branches. Accordingly, it is in the position of Fig. 1 assuming ram position in the groove input 14, it is possible to follow either the further path of the shallower groove 16 or the deeper groove 18 by suitable selection (adjustment) of the ram depth (corresponding to a respective position of the electromagnetic actuator actuating the ram).
  • Fig. 1 to 4 illustrates how by moving a plunger unit 17 in a first (shallower) penetration depth corresponding to the groove depth of the groove 16, a rightward movement along the arrow 10 is performed. This movement is through the single arrows 20 in Fig. 2 indicated in the side views of the Fig. 3, 4 (which show correspondingly more rotational positions of the Hubprofilelements) illustrates.
  • the Fig. 5 to 8 illustrate the axial counter-movement, whereby the camshaft can be moved back to the starting position:
  • This path is shown by a Steuerutverlauf 22 (solid black line, illustrates the deep groove bottom), which is approached by the plunger unit 17, which in a second penetration depth is brought according to the course 22.
  • the arrowhead 24 illustrates the Movement, starting from an initial, axially displaced position, in turn, the plunger unit 17 would engage in a recessed groove bottom (this time but in the second, deeper penetration depth) according to reference numeral 26 and on the recessed path 22 (along the arrows 24) remains (via the radial position of the Fig. 7 ) until the home position corresponding to the shift state of Fig. 1, Fig. 2 (before moving there) is achieved.
  • Analogous to this pushing back and forth in a first axial displacement direction illustrates only exemplary, the further illustration of FIGS. 9, 10 the back and forth in the opposite axial direction: So, for example, starting from the central position, now by moving the ram unit 17 in the deep (second) penetration position of the path along the groove 18 take place (arrow 28), with the result that a (in the figure level) left movement is controlled. The return from this adjustment position back to the middle position ( FIG. 10 ) Then takes place by means of a groove 30 of the first depth (dashed line or arrowhead 32) in which case the ram unit 17 engages again with a reduced penetration depth.
  • an electromagnetic actuator for moving the plunger unit 17 can be realized in the respective parking positions.
  • the armature unit 46 has a permanent magnet arrangement 50 at both ends of a central elongated-cylindrical middle section 48, which supports a disc-shaped permanent magnet at both ends and offers an outer surface 52 on which the tappet unit 17 (held by permanent magnet action) is detachably seated.
  • the armature unit By suitable control of a stationary coil unit 54, the armature unit is moved between respective axial end positions, these end positions being determined by a stop (and permanent magnetic adhesion state of a respective permanent magnet).
  • the armature unit is brought into an axial center position by suitable pulse-shaped control of the coil unit 54 in which none of the permanent magnet units 50 adheres to a housing bottom or a magnetically active core and thus assumes a stable center position.
  • it is advantageous to induce this middle position of the tristability by means of suitable alternating current control of the permanent magnet means.
  • the Fig. 13 illustrates corresponding courses of the magnetic flux for the tristable center position.
  • Fig. 14 clarifies, as far as the side views or unrolled views of Hubprofilelemente according to Fig. 1 to 10 in addition, a possible Groove geometry with a groove cross-section of a first cam groove of a first penetration depth 60 (dashed line), in comparison to the groove depth or groove geometry of a second cam groove of a relatively deeper groove depth.
  • This illustration is, as well as the schematic representations of Fig. 1 to 10 purely schematic and not restrictive, but the geometries, Nutenverrise and other, lying within the skill of the art embodiments of a particular application would suitably adapt.

Landscapes

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

Description

  • Die vorliegende Erfindung betrifft eine Vorrichtung zur Nockenwellenverstellung einer Brennkraftmaschine nach dem Oberbegriff des Hauptanspruchs.
  • Eine derartige Vorrichtung ist aus der PCT/EP 2008/006417 der Anmelderin bekannt und beschreibt, wie ein Betätigungselement (typischerweise ein Stößel od.dgl. Betätigungsstift) durch Zusammenwirken mit einem der Nockenwelle zugeordneten Profil eine axiale, vorbestimmte Verstellung der Nockenwelle bewirken kann. Dies ist insbesondere für solche Anwendungsfälle relevant, bei welchen einem Verbrennungsmotor verschiedene Nockenbahnen umschaltbar zuzuordnen sind.
  • Aus dem Stand der Technik ist es dabei aus der DE 196 11 641 C1 bekannt, für jede axiale Verschiebeposition der Hubprofilanordnung einen geeignet angetriebenen Stift vorzusehen, welcher dann eine jeweils beabsichtigte Axialverschiebung bewirken kann. Allerdings ist dies konstruktiv aufwändig und benötigt viel Einbauraum am Einsatzort.
  • Aus der als gattungsbildend herangezogenen PCT/EP 2008/006417 ist es ferner bekannt, das Hubprofil mit einer Mehrzahl von Steuernuten zum Zusammenwirken mit der elektromagnetisch angetriebenen Stößeleinheit so auszubilden, dass die Steuernuten in verschiedene Nutentiefen eindringen und damit durch verschiedene (geeignet einzustellende) Eindringtiefen der Stößeleinheit die Nockenwelle in der jeweils gewünschten Weise betätigen können. Auch aus der DE 10 2007 037 232 A1 ist so eine Vorrichtung bekannt.
  • Allerdings ist die aus dem gattungsbildenden Stand der Technik bekannte Stößeleinheit samt damit zusammenwirkender elektromagnetischer Stellvorrichtung konstruktiv komplex, denn zur Realisierung der bekannten Nuteneingriffsfunktionalität in zwei Eindringtiefen weist die bekannte Stößeleinheit eine Anordnung bestehend aus einem inneren Stößel (geringren Durchmessers) sowie einem diesen umgebenden Außenstößel größeren Durchmessers auf, welche den jeweiligen Steuernuten sowie der entsprechenden Eindringtiefe zugeordnet sind.
  • Es ist daher notwendig, das Bewegungsverhalten von Innen- und Außenstößel der bekannten Vorrichtung geeignet konstruktiv und steuerungstechnisch zu realisieren, welches aufwändig und potentiell fehlerträchtig ist.
  • Aufgabe der vorliegenden Erfindung ist es daher, eine Vorrichtung zur Nockenwellenverstellung nach dem Oberbegriff des Hauptanspruchs im Hinblick auf eine vereinfachte konstruktive Realisierung, damit potentiell erhöhte Betriebssicherheit und Reduktion des benötigten Bauteile- und Montageaufwands zu verbessern.
  • Die Aufgabe wird durch die Vorrichtung mit den Merkmalen des Hauptanspruchs gelöst; vorteilhafte Weiterbildungen der Erfindung sind in den Unteransprüchen beschrieben.
  • In erfindungsgemäß vorteilhafter Weise wird das Profilelement mit zwei Steuernuten verschiedener Eindringtiefen betätigt durch eine Stößeleinheit, welche in beiden Eindringtiefen einen konstanten Außendurchmesser am Eingriffsende aufweist. Dies wird erfindungsgemäß dadurch ermöglicht, dass die (bevorzugt und typischerweise als einstückiger, stiftartig-zylindrischer Körper) ausgebildete Stößeleinheit durch einen bi- oder tristabilen Aktuator betätigt wird, welcher entlang der Bewegungsrichtung eine Ankereinheit verschiebt und sowohl für die erste Eindringtiefe (mit dazugehöriger erster stabiler Stellposition) als auch für die zweite Eindringtiefe (mit einer zugehörigen zweiten stabilen Stellposition) jeweilige zuverlässig ansteuerbare Ankerpositionen anbietet. Zusätzlich ist erfindungsgemäß vorgesehen, dass die Ankereinheit gemäß der Erfindung in eine dritte Stellposition verbracht werden kann, welche außerhalb des Eingriffs mit der ersten und der zweiten Steuernut steht.
  • Damit wird zunächst erfindungsgemäß vorteilhaft die Realisierung der zwei verschiedenen Eindringtiefen mit der Stößeleinheit ermöglicht, die an einem (einzigen) axialen Montageort vorgesehen sein kann und je nach eingestellter Aktivierung für die Stellpositionen entsprechend die Steuernuten (Nutenbahnen) selektiv auswählen und abfahren kann, womit dann bei Drehung des Hubprofilelements die beabsichtigte Axialverstellung (in der jeweils gewünschten bzw. eingestellten Richtung) bewirkt wird.
  • Dabei ist es einerseits erfindungsgemäß vorgesehen und bevorzugt, die erste und die zweite Steuernuten einander benachbart in einem gemeinsamen und/oder einstückig ausgebildeten Hubprofilelement vorzusehen, wobei diese weiterbildungsgemäß zumindest bereichsweise ineinander übergehen. Auf diese Weise kann dann, in der Art einer Weiche bzw. Verzweigung entlang einer Nutenbahn, durch geeignete Eindringtiefenverstellung in besonders zuverlässiger Weise die Nockenwellenverstellung erfolgen.
  • Besonders bevorzugt ist dabei die Geometrie der Steuernuten so ausgestaltet, dass eine Axialbewegung in einer ersten Richtung der Nockenwelle mittels einer ersten Steuernut einer ersten Tiefe bewirkt werden kann und ein nachfolgendes Einstellen der Stößeleinheit auf eine zweite Eindringtiefe dann die zweite Steuernut abfährt und die Nockenwelle entgegen der ersten axialen Richtung zurückführt.
  • Zusätzlich weiterbildungsgemäß ist das System ergänzbar um eine dritte Steuernut, welche dann ein axiales Bewegen (sowie ein jeweiliges axiales Zurück-Bewegen) in eine zweite, der ersten Richtung entgegengesetzten axialen Richtung der Nockenwelle ermöglicht.
  • In konstruktiv besonders bevorzugter Weise ist die Ankereinheit als Bestandteil der elektromagnetischen Stellvorrichtung realisiert mittels mindestens einer Permanentmagneteinheit, wobei es zum Erreichen einer bi- oder tristabilen Vorrichtung sinnvoll ist, die Ankereinheit mit einem Paar von einander axial gegenüberliegenden, weiterbildungsgemäß scheibenförmigen Magneten auszugestalten.
  • In weiterbildungsgemäß vorteilhafter Weise können dann die Permanentmagneten dazu benutzt werden, einen stromlos-stabilen Zustand zu ermöglichen (wobei der Begriff "stromlos-stabil" im Rahmen der Erfindung so verstanden werden soll, dass damit eine Stellposition durch die Ankereinheit (sowie der damit verbundenen Stößeleinheit) erreicht und gehalten wird, ohne dass eine Bestromung der Spuleneinheit erforderlich ist).
  • In konstruktiv besonders eleganter Weise ist es zudem möglich, die elektromagnetische Stellvorrichtung tristabil so auszubilden, dass zwischen zwei, bevorzugt durch ein Haften von jeweiligen Permanentmagneteinheiten an einem stationären Kernbereich bestimmten axialen Endpositionen, in axialer Richtung eine dritte (bevorzugt stabile) Position erreicht wird, nämlich einerseits dadurch, dass durch beiderseitige, einander entgegengesetzt gerichtete Anziehungswirkung von Permanentmagneten ein stabiler Zwischenzustand erreicht wird, ergänzend und/oder alternativ durch eine Wechselstromerregung der Spulenmittel eine (stabile) Mittelposition der Ankereinheit erreicht werden kann, bei welcher keine der Permanentmagneteinheiten an einem stationären Kern haftet, vielmehr dauerhaftes Umpolen durch das Wechselstromsignal diesen (die Tristabilität bewirkenden) Zustand ansteuert.
  • Im Rahmen weiterer bevorzugter Ausbildungen der Erfindung liegt es, die Stößeleinheit so mit der Ankereinheit zusammenwirken zu lassen, dass durch Wirkung der (bevorzugt stirnseitig) an der Ankereinheit vorgesehenen Permanentmagneten die (weiter bevorzugt einstückige, metallische) Stößeleinheit durch Magnetwirkung lösbar an der Ankereinheit haftet, insoweit größtmögliche Flexibilität in Einsatz und Montage gegeben ist.
  • Zusätzlich vorteilhaft ist es dann, die Stößeleinheit so zu realisieren, dass diese axial einends, in Richtung auf die Permanentmagneteinheit, günstige magnetische Eigenschaften für das haftende Zusammenwirken mit der Ankereinheit aufweist, anderenends, und zum Eingreifen in das Profilelement bzw. eine jeweilige Steuernut, dort geeignet zäh bzw. verschleißfest materialoptimiert ist.
  • Im Ergebnis wird durch die vorliegende Erfindung in überraschend einfacher und wirksamer Weise eine Vorrichtung zur Nockenwellenverstellung einer Brennkraftmaschine realisiert, welche konstruktive Einfachheit mit kompaktem Aufbau und hoher Betriebssicherheit kombiniert.
  • Weitere Vorteile, Merkmale und Einzelheiten der Erfindung ergeben sich aus der nachfolgenden Beschreibung bevorzugter Ausführungsbeispiele sowie anhand der Zeichnungen; diese zeigen in:
    • Fig. 1
    eine seitliche Ansicht eines Hubprofilelements gemäß einer ersten Ausführungsform der Erfindung mit partiell dargestellten Steuernuten;
    Fig. 2:
    eine radiale Abwicklung eines vollständigen Steuernutverlaufs der Vorrichtung gemäß Fig. 1;
    Fig. 3, Fig. 4:
    Ansichten zum Verdeutlichen, wie eine Stößeleinheit im Eingreifen in das Hubprofilelement der Fig. 1 eine axiale Bewegung in rechter Richtung erzeugt (wobei die Stößeleinheit in eine erste, verminderte Eindringtiefe angesteuert wird);
    Fig. 5:
    eine Darstellung des Hubprofilelements der Fig. 1 in relativ zur Fig. 1 verdrehter Ansicht;
    Fig. 6:
    eine Darstellung analog Fig. 2 zum Verdeutlichen eines Stellvorgangs (bzw. Verschiebeweges) entlang einer zweiten Steuernut zum Rückstellen der Nockenwelle aus der durch die Fig. 2 bis 4 verdeutlichten axialen Verschiebeposition;
    Fig. 7,Fig. 8:
    Darstellungen analog der Fig. 3, 4 zum Verdeutlichen eines Stößeleingriffs in eine zweite Eindringtiefe (Fig. 7) zum Bewirken der Rückstellposition, wobei, gemäß Fig. 8, durch Wirkung des Nutenbahnverlaufs die Stößeleinheit graduell aus der zweiten Verschiebeposition herausgedrückt wird;
    Fig. 9, Fig. 10:
    eine Darstellung der Abwicklung des Nutenverlaufs gemäß Fig. 2, Fig. 6 zum Verdeutlichen eines Stell- (Fig. 9) sowie Rückstell- (Fig. 10) Vorgangs in entgegengesetzter Richtung des Beispiels der Fig. 2, Fig. 6;
    Fig. 11:
    eine Perspektivansicht zum Verdeutlichen des konstruktiven Aufbaus der elektromagnetischen Stellvorrichtung um Realisieren eines tristabilen axialen Stellens zwischen den drei Stellpositionen;
    Fig. 12:
    eine Detailansicht des Eingriffsendes der elektromagnetischen Stellvorrichtung zum Verdeutlichen, wie eine stiftförmige Stößeleinheit durch Wirkung von stirnseitig an der Ankereinheit vorgesehenen Permanentmagneten an der Ankereinheit der elektromagnetischen Stellvorrichtung lösbar haftet;
    Fig. 13:
    eine schematische Schnittansicht zum Verdeutlichen magnetischer Flüsse und Kräfte bei der Realisierung einer mittleren Ankerposition für einen tristabilen Aktuator und
    Fig. 14:
    eine Schnittansicht durch eine Steuernut zum Verdeutlichen der Proportionen und der Relativgeometrie für eine erste (flache) und zweite (tiefe) Nutentiefe.
  • Anhand der Darstellungen in den Fig. 1 bis 4 wird beschrieben, wie die Vorrichtung zur Nockenwellenverstellung gemäß einer ersten bevorzugten Ausführungsform der Erfindung eine Axialbewegung der Nockenwelle in Richtung der Pfeile 10 (d.h. in der Zeichenebene rechts) bewirkt.
  • Dabei zeigt die Weitenansicht der Fig. 1 (diese ist im Hinblick auf benachbarte weitere Nutenbahnen unvollständig), wie bei einem auf einer (nicht gezeigten) Nockenwelle eines Verbrennungsmotors drehfest montierten Hubprofilelement 12 eine Steuernut 14, welche (vgl. den unteren Bereich der Darstellung der Fig. 1) aus einem gemeinsamen Nutengrund in einen linkseitig verzweigenden Nutverlauf 16 einer ersten, flacheren Tiefe (angedeutet durch die gestrichelte Linie in der Abwicklung der Fig. 2) sowie einen rechtseitigen tieferen Nutenverlauf 18 (durchgehend schwarzer Verlauf in der Abwicklung der Fig. 2) verzweigt. Entsprechend ist es in der Position der Fig. 1 bei angenommener Stößelposition im Nuteneingang 14 möglich, durch geeignete Auswahl (Einstellung) der Stößeltiefe (entsprechend einer jeweiligen Position der den Stößel antreibenden elektromagnetischen Stellvorrichtung) entweder den weiteren Pfad der flacheren Nut 16 bzw. der tieferen Nut 18 zu verfolgen.
  • Das Ausführungsbeispiel der Fig. 1 bis 4 verdeutlicht, wie durch Verbringen einer Stößeleinheit 17 in eine erste (flachere) Eindringtiefe entsprechend der Nutentiefe der Nut 16 eine Rechtsbewegung entlang des Pfeils 10 durchgeführt wird. Diese Bewegung ist durch die Einzelpfeile 20 in Fig. 2 angedeutet und wird in den Seitenansichten der Fig. 3, 4 (welche entsprechend weitere Rotationspositionen des Hubprofilelements zeigen) verdeutlicht.
  • Entsprechend entsteht als Ergebnis der fortgesetzten Rotation des (drehfest auf der Nockenwelle sitzenden) Hubprofilelements relativ zu dem in radialer Richtung stationär stehenden Stößel eine axiale Schubbewegung, welche das Hubprofilelement und mithin die Nockenwelle in der in Fig. 4 in Pfeilrichtung 10 gezeigten Weise nach rechts verschiebt.
  • Die Fig. 5 bis 8 verdeutlichen die axiale Gegenbewegung, womit die Nockenwelle wieder zurück in die Ausgangslage verschoben werden kann: Dieser Pfad ist gezeigt durch einen Steuernutverlauf 22 (durchgezogene schwarze Linie, verdeutlicht den tiefen Nutengrund), wobei dieser angefahren wird von der Stößeleinheit 17, welche in eine zweite Eindringtiefe entsprechend dem Verlauf 22 gebracht wird. Die Pfeilschaar 24 verdeutlicht den Bewegungsablauf, ausgehend von einer anfänglichen, axial verschobenen Position, wobei wiederum die Stößeleinheit 17 in einen vertieften Nutengrund (diesmal aber in der zweiten, tieferen Eindringtiefe) gemäß Bezugszeichen 26 eingreifen würde und auf der vertieften Bahn 22 (entlang der Pfeile 24) verbleibt (über die Radialposition der Fig. 7), bis die Ausgangsposition entsprechend dem Verschiebezustand von Fig. 1, Fig. 2 (vor dem dortigen Verschieben) erreicht wird.
  • Analog zu diesem Hin- und Herschieben in einer ersten axialen Verschieberichtung verdeutlicht lediglich exemplarisch die weitere Darstellung der Figuren 9, 10 das Hin- und Herschieben in der entgegengesetzten axialen Richtung: So würde etwa, ausgehend von der mittigen Stellung, nunmehr durch Verbringen der Stößeleinheit 17 in die tiefe (zweite) Eindringposition der Verfahrweg entlang der Nut 18 erfolgen (Pfeilschaar 28), mit dem Ergebnis, dass eine (in der Figurenebene) Linksbewegung angesteuert wird. Das Zurückführen aus dieser Verstellposition zurück in die Mittelposition (Figur 10) erfolgt dann mittels einer Nut 30 der ersten Tiefe (gestrichelte Linie bzw. Pfeilschaar 32) wobei hier die Stößeleinheit 17 wiederum mit verminderter Eindringtiefe eingreift.
  • Auf diese Weise lässt sich durch Bewegung einer stiftartig-zylindrischen Stößeleinheit 17 mit lediglich einem (bevorzugt konstanten) Außendurchmesser im Eingriffsbereich in die Nuten dieselbe (vergleichsweise komplexe) Axialbewegung einer Nockenwelle induzieren, wie es beim Stand der Technik durch eine Axialanordnung aus Außen- und Innenstößel (oder einer Mehrzahl axial benachbarter Stößel) möglich gewesen ist.
  • Anhand der Figuren 11 bis 13 wird ein Ausführungsbeispiel erläutert, wie eine elektromagnetische Stellvorrichtung zum Verbringen der Stößeleinheit 17 in die jeweiligen Stellpositionen realisiert werden kann. Gezeigt ist in der Perspektivdarstellung eine Gehäuseanordnung bestehend aus zwei ineinander verschachtelten U-förmigen Bügeln 40, 42, welche in ihrem jeweiligen Verbindungsbereich einen Durchbruch 44 anbieten, durch welchen eine Ankereinheit 46 geführt ist. Die Ankereinheit 46 weist beidends eines zentralen langgestreckt-zylindrischen Mittelabschnitts 48 eine Permanentmagnetanordnung 50 auf, welche (beidends) einen scheibenförmigen Permanentmagneten trägt und eine Außenfläche (Aufsatzfläche) 52 anbietet, auf welcher dann die Stößeleinheit 17 (gehalten durch Permanentmagnetwirkung) lösbar aufsitzt.
  • Durch geeignete Ansteuerung einer stationären Spuleneinheit 54 wird die Ankereinheit zwischen jeweiligen axialen Endpositionen bewegt, wobei diese Endpositionen durch einen Anschlag (und permanentmagnetischen Haftzustand eines jeweiligen Permanentmagneten) bestimmt sind. Zum Erreichen einer erfindungsgemäß vorteilhaften Tristabilität ist zudem vorgesehen, dass durch geeignete impulsförmige Ansteuerung der Spuleneinheit 54 die Ankereinheit in eine axiale Mittelposition verbracht wird, bei welcher keine der Permanentmagneteinheiten 50 an einem Gehäuseboden bzw. einem magnetisch wirksamen Kern anhaftet und so eine stabile Mittelposition einnimmt. Zusätzlich weiterbildungsgemäß vorteilhaft ist es, diese Mittelstellung der Tristabilität durch geeignete Wechselstromansteuerung der Permanentmagnetmittel zu induzieren. Die Fig. 13 verdeutlicht entsprechende Verläufe des magnetischen Flusses für die tristabile Mittenposition. Verdeutlicht ist, wie (über entsprechende Flussleitelemente und geometrische Gestaltung des Kerns) ein jeweiliger magnetischer Fluss der Permanentmagneten 50 durch den Kern geschlossen wird, so dass, entsprechend den beiden, aufeinander gerichteten Kraftpfeilen 58, ein stabiler Mittenzustand (lediglich bewirkt durch die jeweils eine Anziehungskraft auf den Kernbereich ausübenden Permanentmagneten) entsteht und eine stabile Mittelposition der Ankereinheit bewirkt. Durch impulsförmiges Bestromen der Spuleneinheit 54 kann die Ankereinheit in diese Position verbracht und aus dieser in eine der beiden Endlagen geschaltet werden; ergänzend sorgt die erwähnte Wechselstromansteuerung der Spuleneinheit für eine derartige Mittenposition.
  • Die Fig. 14 verdeutlicht, insoweit die Seitenansichten bzw. abgerollten Ansichten der Hubprofilelemente gemäß Fig. 1 bis 10 ergänzend, eine mögliche Nutengeometrie mit einem Nutenquerschnitt einer ersten Steuernut einer ersten Eindringtiefe 60 (gestrichelte Linie), im Vergleich zu der Nutentiefe bzw. Nutengeometrie einer zweiten Steuernut einer relativ tieferen Nutentiefe. Diese Darstellung ist, wie auch die schematischen Darstellungen der Fig. 1 bis 10, rein schematisch und nicht beschränkend, vielmehr wären die Geometrien, Nutenverläufe und weitere, im Rahmen des fachmännischen Könnens liegende Ausgestaltungen einem jeweiligen Anwendungszweck geeignet anzupassen.

Claims (14)

  1. Vorrichtung zur Nockenwellenverstellung einer Brennkraftmaschine mit einem auf oder an einer axial verschieblich gelagerten Nockenwelle drehfest vorgesehenen, eine Steuernut anbietenden Hubprofilelement (12) und einer Steuereinheit zum Bewirken einer vorbestimmten Axialverschiebung der Nockenwelle, wobei die Steuereinheit eine bevorzugt radial zur Nockenwelle entlang einer Bewegungsrichtung bewegliche, zum steuerbaren Eingreifen in das Hubprofilelement ausgebildete Stößeleinheit (17) aufweist,
    und wobei
    das Hubprofilelement eine erste Steuernut (16) ausbildet, welche zum Zusammenwirken mit der Stößeleinheit in einer ersten Eindringtiefe zum Beschreiben einer ersten Axialbewegung der Nockenwelle ausgebildet ist und
    das Hubprofilelement eine zweite Steuernut (18, 22) ausbildet, welche zum Zusammenwirken mit der Stößeleinheit in einer zweiten, von der ersten Eindringtiefe verschiedenen Eindringtiefe zum Beschreiben einer zweiten, von der ersten Axialbewegung verschiedenen zweiten Axialbewegung der Nockenwelle ausgebildet ist,
    dadurch gekennzeichnet, dass die Stößeleinheit (17) in der ersten Eindringtiefe und in der zweiten Eindringtiefe einen konstanten Außendurchmesser am Eingriffsende aufweist und entlang der Bewegungsrichtung von einer elektromagnetischen Stellvorrichtung angetrieben wird, die eine erste stabile Stellposition für die erste Eindringtiefe, eine zweite stabile Stellposition für die zweite Eindringtiefe und eine dritte Stellposition für einen Nicht-Eingriffszustand der Stößeleinheit in die erste und zweite Steuernut ansteuerbar anbietet.
  2. Vorrichtung nach Anspruch 1, dadurch gekennzeichnet, dass die Stößeleinheit (17) als einstückiger Körper mit konstantem Außendurchmesser ausgebildet ist.
  3. Vorrichtung nach Anspruch 1 oder 2, dadurch gekennzeichnet, dass die erste und die zweite Steuernut einander benachbart in einem gemeinsamen und/oder einstückig ausgebildeten Hubprofilelement (12) vorgesehen sind.
  4. Vorrichtung nach einem der Ansprüche 1 bis 3, dadurch gekennzeichnet, dass die erste und die zweite Steuernut im Hubprofilelement zumindest bereichsweise ineinander übergehen.
  5. Vorrichtung nach einem der Ansprüche 1 bis 4, dadurch gekennzeichnet, dass die Stößeleinheit stiftförmig und zylindrisch ausgebildet ist.
  6. Vorrichtung nach einem der Ansprüche 1 bis 5, dadurch gekennzeichnet, dass die erste und die zweite Steuernut so ausgebildet sind, dass durch Wirkung der die Stößeleinheit ansteuernden Steuereinheit die Nockenwelle mittels der ersten Axialbewegung sowie der zweiten Axialbewegung aus einer Ausgangsstellung in eine erste axial verschobene Stellung und zurück in die Ausgangsstellung verstellt werden kann.
  7. Vorrichtung nach Anspruch 6, dadurch gekennzeichnet, dass das Hubprofilelement eine dritte Steuernut benachbart und/oder teilweise überlappend mit der ersten und der zweiten Steuernut aufweist und die dritte Steuernut eine dritte Axialbewegung der Nockenwelle beschreibt, wobei die dritte Steuernut so ausgebildet und/oder eingerichtet ist, dass durch Wirkung der die Stößeleinheit ansteuernden Steuereinheit die Nockenwelle aus der Ausgangsstellung oder der ersten axial verschobenen Stellung in eine zweite axial verschobene Stellung, welche verschieden von der Ausgangsstellung und der ersten axial verschobenen Stellung ist, bewegt werden kann.
  8. Vorrichtung nach Anspruch 7, dadurch gekennzeichnet, dass die erste, zweite und dritte Steuernut so ausgebildet ist, dass die Nockenwelle durch Wirkung der die Stößeleinheit einsteuernden Steuereinheit beliebig zwischen drei voneinander verschiedenen axialen Verschiebepositionen verstellt werden kann.
  9. Vorrichtung nach einem der Ansprüche 1 bis 8, dadurch gekennzeichnet, dass die elektromagnetische Stellvorrichtung eine relativ zu einer stationären Spuleneinheit und als Reaktion auf eine Bestromung derselben entlang einer Bewegungslängsachse zwischen mindestens zwei Stellpositionen bewegbare Ankereinheit (46) aufweist, die endseitig Eingriffsmittel zum Zusammenwirken mit der Stößeleinheit aufweist, wobei die mindestens zwei Stellpositionen stromlos stabile Stellpositionen sind.
  10. Vorrichtung nach Anspruch 9, dadurch gekennzeichnet, dass die elektromagnetische Stellvorrichtung zum Verbringen der Ankereinheit in eine dritte Stellposition ausgebildet ist, wobei die dritte Stellposition entlang der Richtung der Bewegungslängsachse zwischen der ersten und der zweiten Stellposition liegt.
  11. Vorrichtung nach Anspruch 9 oder 10, dadurch gekennzeichnet, dass die Ankereinheit Permanentmagnetmittel (50) in Form von mindestens einem, bevorzugt zwei Permanentmagneten aufweist, welche zum Zusammenwirken mit einem stationären Kernbereich und zum Bewirken und/oder Halten mindestens einer der stromlos stabilen Stellpositionen ausgebildet sind.
  12. Vorrichtung nach einem der Ansprüche 9 bis 11, dadurch gekennzeichnet, dass die Stößeleinheit (17) mittels Permanentmagnetwirkung lösbar an der Ankereinheit (46) befestigt ist.
  13. Vorrichtung nach einem der Ansprüche 1 bis 12, dadurch gekennzeichnet, dass die Stößeleinheit entlang der Bewegungsrichtung unlösbar verbundene Materialien verschiedener festigkeits- und/oder magnetischer Eigenschaften aufweist.
  14. Vorrichtung nach einem der Ansprüche 1 bis 13, dadurch gekennzeichnet, dass die elektromagnetische Stellvorrichtung ein Gehäuse aufweist, welches als Paar von ineinander und/oder gegeneinander verschachtelt vorgesehener, bügelförmiger Gehäuseelemente (40, 42) ausgebildet ist, durch welche sich axial eine die Stößeleinheit antreibende Ankereinheit (46) erstreckt.
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