EP2702253A1 - Ventiltrieb für gaswechselventile einer brennkraftmaschine mit einer grundnockenwelle und zwischen drehlagern der grundnockenwelle in zwei oder mehr diskrete verschiebestellungen verschiebbaren nockenträgern - Google Patents

Ventiltrieb für gaswechselventile einer brennkraftmaschine mit einer grundnockenwelle und zwischen drehlagern der grundnockenwelle in zwei oder mehr diskrete verschiebestellungen verschiebbaren nockenträgern

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EP2702253A1
EP2702253A1 EP12716256.8A EP12716256A EP2702253A1 EP 2702253 A1 EP2702253 A1 EP 2702253A1 EP 12716256 A EP12716256 A EP 12716256A EP 2702253 A1 EP2702253 A1 EP 2702253A1
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EP
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cam
cam carrier
valve drive
carrier
drive according
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EP12716256.8A
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Michael Gross
Stefan Dengler
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Audi AG
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Definitions

  • Valve gear for gas exchange valves of an internal combustion engine with a basic camshaft and between pivot bearings of the basic camshaft in two or more discrete shift positions displaceable cam carriers
  • the invention relates to a valve train for gas exchange valves of an internal combustion engine according to the preamble of claim 1, and an internal combustion engine with such a valve train.
  • thermodynamic properties of internal combustion engines mechanical devices are known which influence the working cycle of the valve train and, for example, allow a speed-dependent change in the opening times and / or the stroke of gas exchange valves of cylinders of the internal combustion engine.
  • a valve train is already known from EP 1 608 849 B1, in which a plurality of cam carriers are arranged in a rotationally fixed and axially displaceable manner on a base camshaft.
  • two axially offset cam groups are provided on each cam carrier, each of which has two cams with different cam profiles.
  • the axial displacement of the cam carrier on the base camshaft is carried out by means of two worm gears, which are arranged at an axial distance from each other.
  • Each worm drive comprises an actuator mounted in the cylinder head housing of the internal combustion engine with an extendable driver pin engageable with an opposing cam or gate on the cam carrier.
  • the cam or shift gate has a left-handed helical groove in one of the two worm gears and a right-handed helical groove in the other of the two worm gears, so that the cam carrier can be moved back and forth between the two discrete shift positions by actuating the corresponding actuator.
  • each of the two displacement positions of the cam carrier is pressed from one side against a arranged between the cam groups stationary pivot bearing in which the cam carrier rotatably charged is gert.
  • the cam carrier is held in each of the two displacement positions by a ball inserted into a bore of the base camshaft locking device which is pressed by a spring against an inclined edge on the inner circumference of the cam carrier and thereby presses one of the cam groups from one side against the pivot bearing.
  • each cam carrier has two cam groups each having three cams and is displaceable between three discrete displacement positions.
  • the cam carrier is held in the three displacement positions by a stationary mounted in the housing of the internal combustion engine locking device which acts on a together with the cam carrier axially displaceable pivot bearing.
  • the spring-loaded ball of the locking device engages in the three displacement positions in three recesses of a mounted on the outside of the rotary bearing locking bar, which are separated by two projections.
  • the ball In the two outer displacement positions, the ball is pressed in each case against an outer edge of one of the two projections in order to press the cam carrier against a stationary stop of the cylinder head housing.
  • the ball In the middle displacement position, the ball engages in a complementary shaped recess of the locking bar between the two projections.
  • the invention has the object to improve a valve train of the type mentioned in that a movable pivot bearing is unnecessary and less space is needed.
  • This object is achieved in that the basic camshaft is mounted on both sides of the cam carrier in a stationary pivot bearing and that arranged in a bore of the basic camshaft spring-loaded ball of the locking device presses the cam carrier in two opposite outer displacement positions of the cam carrier against a stationary axial stop.
  • the invention is based on the idea, the stationary pivot bearing for rotatably supporting the camshaft and serving to define the two outer discrete shift positions stops not in the region of the cam carrier, but beyond the front ends of the cam carrier, i. between adjacent cam carriers to arrange.
  • the ball of the locking device as in the valve gear from EP 1 608 849 B1 accommodated in a transverse bore of the base camshaft and be pressed by the spring from the inside against an oblique edge of a recess on the inner circumference of the cam carrier to the cam carrier in the two outer displacement positions against one of the fixed axial stops to be pressed, which is preferably formed by one of the two adjacent to the cam carrier pivot bearing o- a bearing block of this pivot bearing.
  • the required space can be considerably reduced.
  • the spring-loaded ball in these displacement positions expediently engages in an opposite recess on the inner circumference of the cam carrier, which is arranged between the two recesses with the oblique flanks.
  • the cam carrier has on its inner circumference at least three axially successively arranged recesses, of which at least the two outer are each delimited by an oblique flank and are separated by projections of at least one interposed recess.
  • all recesses are preferably formed as grooves which rotate around the inner circumference of the cam carrier, wherein the axial center distance of the recesses corresponds to the axial center distance of the associated cam or cam profiles.
  • the means for axially displacing the cam carrier preferably comprise a worm drive with at least one stationary actuator from which at least one driver extends and into an opposite helical groove of a curve - Or switching gate of the cam carrier can eintrack.
  • the cam carrier is moved accordingly on the base camshaft to the left or to the right.
  • the or each cam carrier expediently has two cam groups, which are arranged at an axial distance corresponding to the distance between the valves. Since due to the storage of the basic camshaft between adjacent cam carriers in the area between the two cam groups of each cam carrier not a pivot bearing must be provided as in the prior art according to EP 1 608 849 B1 or DE 10 2007 010 150 A1, the cam or shift gate can be arrange the worm drive according to a further preferred embodiment of the invention between the two cam groups of each cam carrier, which allows a significant reduction in the length of each cam carrier. In addition, unlike in this prior art, a single worm gear with a continuous curve or shift gate for displacement of the cam carrier is sufficient.
  • the curve or shift gate and the at least one actuator of the means for axially displacing the cam carrier in their execution can be arbitrarily adapted to the axial distance of the valves or to the available space.
  • the cam carrier is pressed in the two outer displacement positions below the base camshaft against the pivot bearing or against a bearing block of the pivot bearing, which above the camshaft sufficient space for the at least one actuator is provided.
  • a further advantageous embodiment of the invention provides that the central cam of each cam group is slightly wider than the two outer cam of each cam group, since the caused by thermal expansion of the cylinder head and the basic cam shaft tolerances of the displacement there are greater than in the outer cam.
  • Fig. 1 shows a side view of a part of a valve train for pairs of intake valves of cylinders of an internal combustion engine, which comprises a portion of a basic camshaft mounted in pivot bearings with an axially displaceable cam carrier;
  • Fig. 2 shows a longitudinal sectional view of a slightly longer portion of the basic camshaft with three cam carriers and locking means for locking the cam carrier;
  • FIG. 3 shows an enlarged view of the section III in FIG. 2.
  • valve train 1 for pairs of intake valves 2 of cylinders (not shown) of an internal combustion engine with an overhead, in rotary bearings 3 of a cylinder head housing (not shown) of the engine rotatably mounted camshaft base 4, as well as several, on the base camshaft 4 axially displaceable cam carriers 5, the stroke and / or the opening times of the intake valves 2 of each cylinder can be adjusted independently of the stroke and / or the opening times of the intake valves 2 of the remaining cylinders.
  • the valve drive 1 for each pair of inlet valves 2 comprises one of the displaceable cam carrier 5, which is non-rotatably connected to the Grundnockenweile 4 and two axially spaced cam groups 6, 7 has.
  • Each of the two cam groups 6, 7 interacts with a roller 8 of a pivotally mounted roller cam follower 9 of one of the valves 2.
  • the valve drive 1 furthermore comprises, for each of the valves 2, a hydraulic valve clearance compensation element 12 likewise shown in FIG. 1.
  • Each of the two cam groups 6, 7 of each cam carrier 5 has three cams 13, 14, 15 which project beyond the outer circumference of the cam carrier 5 on one side and have different cam profiles or cam contours.
  • the No- groups 6, 7 On the cam 3, 4, 15 diametrically opposite side of the cam carrier 5, the No- groups 6, 7 a base circle portion 16 which extends with a constant outer diameter over the entire axial length of the cam groups 6, 7 and over a circumferential angle of about 180 degrees.
  • the degree of projection of the cams 13, 14, 15 over the base circle portion 16 varies according to the desired lift height of the valve member 10, while the angular position of a vertex of the cams 13, 14, 15 in the direction of rotation of the base camshaft 4 corresponding to the desired time of maximum opening of the valve 2 varies.
  • the cam profiles or cam contours of the cams 13, 14, 15 of the two cam groups 6, 7 can each be shaped and / or dimensioned differently. In both cam groups 6, 7, the central cam 14 is slightly wider than the two outer cams 13 and 15, as
  • the three cams 13, 14, 15 of both cam groups 6, 7 can be brought by axial displacement of the cam carrier 5 on the base camshaft 4 between three discrete shift positions either with the roller 8 of the finger lever 9 of the cam group 6 and 7 associated valve 2 in abutting contact ,
  • the three displacement positions are shown in FIG. 2 using the example of three cam carriers 5.
  • the left cam carrier 5 is located there in its right outer displacement position in which it rests with its right front end 17 from the left against a bearing block 18 of the adjacent pivot bearing 3, which is arranged between the left and the central cam carrier 5, and in which Rolls 8 of the drag lever 9 of the two valves 2 each with the left outer cam 13 of the cam groups 6, 7 come into abutting contact.
  • the cam carrier 5 shown in the middle is in its middle displacement position, in which its two front ends 17 each have an axial distance from the bearing chairs 18 of the two adjacent, both sides of the cam carrier 5 arranged pivot bearing 3 and in which the rollers 8 of the cam followers 9 of two valves 2 with the central cam 14 of the two cam groups 6, 7 come into abutting contact.
  • the right cam carrier 5 is in its left outer displacement position in which he rests with his left front end 16 from the right against the bearing block 18 of the adjacent pivot bearing 3 between the middle and the right cam carrier 5 and in which the rollers 8 of the drag lever 9 of two valves 2 in each case with the right outer cam 15 of the cam groups 6, 7 come into abutting contact.
  • FIG. 1 shows only a cam carrier 5, which is in its middle displacement position.
  • the hollow cylindrical cam carrier 5 along a part of its inner circumference on an inner longitudinal teeth 19 (Fig. 2), which with a complementary External longitudinal toothing 20 (FIG. 1) on a part of the base camshaft 4 meshes.
  • the axial displacement of the cam carrier 5 on the base camshaft 4 for adjusting the stroke or opening times of the intake valves 2 takes place as needed and is always carried out when the base circle portion 16 of the cam groups 6, 7 during a rotation angle of the base camshaft 4 of about 180 degrees rolls 8 of the cam follower 9 is opposite.
  • the extent of the axial displacement of a cam carrier 5 between two adjacent displacement positions corresponds to the center distance of adjacent cams 13, 14 and 14, 15 of the cam groups 6, 7.
  • the cam carrier 5 can be moved as needed in any of the three displacement positions, a single worm gear 21 is provided for each cam carrier 5.
  • the worm drive 21 comprises a single cam or switching gate 22, which is arranged approximately in the axial center of the cam carrier 5 between the two cam groups 6, 7 or between the two valves 2, and a stationary mounted in the cylinder head housing actuator 23, the in Fig 1 is shown only schematically.
  • the actuator 23 may have one or more driving pins 24 which extend either from the actuator 23 and can be brought with its free end with an opposite groove 25 of the cam or switching gate 22 into engagement with the cam carrier 5 each to the Center distance between two adjacent cams 13, 14 and 14, 15 to move in one of the three discrete shift positions.
  • the outer diameter of the cam or gate 22 is dimensioned so that the cam or gate 22 at a displacement of the cam carrier 5 from the middle displacement position in one of the two outer displacement positions in the axial direction with one of two brackets 37 (FIG. overlaps, of which the roller 8 of the Rollenschlepphebels 9 is rotatably supported.
  • each locking device 26 is provided for each cam carrier 5.
  • each locking device 26 comprises a ball 28 inserted into a blind blind bore 27 of the base camshaft 4 and spaced from one between the blind hole 27 and the ball 28 arranged prestressed helical compression spring 29 is pressed radially against an opposite inner circumference of the cam carrier 5.
  • the inner circumference of the cam carrier 5 is not provided with the inner longitudinal teeth 19, but with three circumferential grooves 30, 31, 32 arranged in the axial direction one behind the other are.
  • the central groove 31 has a concave rounded groove cross-section adapted to the shape of the ball and is separated from the adjacent outer grooves 30, 32 on both sides by a projection 33, 34 rounded in cross-section.
  • the ball 28 is pressed in the middle displacement position of the cam carrier 5 of the spring 29 in the central groove 31, so that the cam carrier 5 alone by the latching engagement of the ball 29 in as a catch - recess groove 31 is held in this middle displacement position.
  • the two outer grooves 30, 32 are bounded on their side facing the middle groove 31 each by an oblique edge 35, 36.
  • the ball 28 is pressed by the helical compression spring 29 when the cam carrier 5 abuts with a front end 16 in the direction of movement against the bearing block 18 of the adjacent pivot bearing 3, which limits the axial displacement of the cam carrier 5 in the respective outer displacement position ,
  • This axial force component ensures that the cam carrier 5 is pressed in each of the two outer displacement positions with one of its front ends 16 against the bearing seat 18 of the adjacent pivot bearing 3 in the direction of movement and thereby in one defined position is held, in which the cam profile of one of the two outer cam 13, 15 of the roller 8 of the roller cam follower 9 exactly opposite.
  • the width of the two outer cams 13, 15 can each be made slightly narrower than the width of the middle cam 14.
  • the central groove 31 does not necessarily have a matched to the shape of the ball 28 concave rounded groove cross-section, but may for example also have a limited by two flat oblique edges triangular groove cross-section, in which case the located in the central groove 31 ball 28 is pressed by the spring 29 at two points against the two flanks.

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

Abstract

Die Erfindung betrifft einen Ventiltrieb (1) für Gaswechselventile (2) einer Brennkraftmaschine mit mindestens einer Grundnockenwelle (4), mindestens einem auf der Grundnockenwelle (4) axial verschiebbaren Nockenträger (5), der mindestens eine Nockengruppe (6, 7) mit mindestens drei Nocken (13, 14, 15) mit unterschiedlichen Nockenprofilen umfasst, Einrichtungen (21, 22, 23, 24, 25) zum axialen Verschieben des Nockenträgers (5) auf der Grundnockenwelle (4) in eine der Anzahl der Nocken (13, 14, 15) der Nockengruppe (6, 7) entsprechende Anzahl von diskreten Verschiebestellungen, sowie einer Arretiereinrichtung (26) mit einer federbelasteten Kugel (28) zum Arretieren des Nockenträgers (5) in den diskreten Verschiebestellungen. Unter anderem zur Verkleinerung des benötigten Bauraums, wird erfindungsgemäß vorgeschlagen, dass die Grundnockenwelle (4) beiderseits des Nockenträgers (5) in einem ortsfesten Drehlager (3) gelagert ist und dass die federbelastete Kugel (28) der Arretiereinrichtung (26) in einer Ausnehmung (27) der Grundnockenwelle (4) angeordnet ist und den Nockenträger (5) in zwei äußeren Verschiebestellungen jeweils gegen einen ortsfesten axialen Anschlag (3, 18) drückt.

Description

Ventiltrieb für Gaswechselventile einer Brennkraftmaschine mit einer Grundnockenwelle und zwischen Drehlagern der Grundnockenwelle in zwei oder mehr diskrete Verschiebestellungen verschiebbaren Nockenträgern
Die Erfindung betrifft einen Ventiltrieb für Gaswechselventile einer Brennkraftmaschine gemäß dem Oberbegriff des Anspruchs 1 , sowie eine Brennkraftmaschine mit einem solchen Ventiltrieb.
Zur Verbesserung der thermodynamischen Eigenschaften von Brennkraftmaschinen sind mechanische Vorrichtungen bekannt, die das Arbeitsspiel des Ventiltriebs beeinflussen und beispielsweise eine drehzahlabhängige Veränderung der Öffnungszeiten und/oder des Hubs von Gaswechselventilen von Zylindern der Brennkraftmaschine ermöglichen.
Aus der EP 1 608 849 B1 ist bereits ein Ventiltrieb bekannt, bei dem mehrere Nockenträger drehfest und axial verschiebbar auf einer Grundnockenwelle angeordnet sind. Zur Betätigung von zwei Gaswechselventilen eines Zylinders der Brennkraftmaschine sind auf jedem Nockenträger zwei axial versetzte Nockengruppen vorgesehen, von denen jede zwei Nocken mit unterschiedlichen Nockenprofilen aufweist. Durch axiale Verschiebung des Nockenträgers auf der Grundnockenwelle zwischen zwei diskreten Verschiebestellungen kann jeweils einer der beiden Nocken jeder Nockengruppe mit einem Schlepphebel von einem der beiden Gaswechselventile in Anlagekontakt gebracht werden, wodurch sich der Hub und/oder die Öffnungszeiten der Gaswechselventile verstellen lassen. Die axiale Verschiebung des Nockenträgers auf der Grundnockenwelle erfolgt mit Hilfe von zwei Schneckentrieben, die im axialen Abstand voneinander angeordnet sind. Jeder Schneckentrieb umfasst einen im Zylinderkopfgehäuse der Brennkraftmaschine montierten Aktuator mit einem ausfahrbaren Mitnehmerstift, der sich mit einer gegenüberliegenden Kurven- oder Schaltkulisse auf dem Nockenträger in Eingriff bringen lässt. Die Kurven- oder Schaltkulisse weist bei einem der beiden Schneckentriebe eine linksdrehende schraubenförmige Nut und bei dem anderen der beiden Schneckentriebe eine rechtsdrehende schraubenförmige Nut auf, so dass der Nockenträger durch Betätigung des entsprechenden Aktuators zwischen den beiden diskreten Verschiebestellungen hin und her verschoben werden kann. In jeder der beiden Verschiebestellungen wird der Nockenträger von einer Seite her gegen ein zwischen den Nockengruppen angeordnetes ortsfestes Drehlager angepresst, in dem der Nockenträger drehbar gela- gert ist. Der Nockenträger wird in jeder der beiden Verschiebestellungen von einer in eine Bohrung der Grundnockenwelle eingesetzten Kugel einer Arretiereinrichtung festgehalten, die von einer Feder gegen eine schräge Flanke am inneren Umfang des Nockenträgers angepresst wird und dadurch eine der Nockengruppen von einer Seite her gegen das Drehlager drückt.
Zur Verbesserung der Beeinflussung des Arbeitsspiels des Ventiltriebs ist es wünschenswert, die oder jede Nockengruppe um mindestens einen zusätzlichen Nocken zu erweitern. Eine solche Erweiterung der Nockengruppe(n) um einen zusätzlichen Nocken mit einem weiteren Nockenprofil macht es jedoch erforderlich, den Nockenträger zwischen mindestens drei verschiedenen Verschiebestellungen hin und her zu bewegen, um wahlweise sämtliche Nocken mit dem Schlepphebel in Anlagekontakt bringen zu können. Um dies zu ermöglichen, wurde in der DE 10 2007 010 150 A1 bereits ein Ventiltrieb der eingangs genannten Art vorgeschlagen, bei dem jeder Nockenträger zwei Nockengruppen mit jeweils drei Nocken aufweist und zwischen drei diskreten Verschiebestellungen verschiebbar ist. Der Nockenträger wird in den drei Verschiebestellungen von einer ortsfest im Gehäuse der Brennkraftmaschine montierten Arretiereinrichtung festgehalten, die auf ein zusammen mit dem Nockenträger axial verschiebbares Drehlager einwirkt. Dabei greift die federbelastete Kugel der Arretiereinrichtung in den drei Verschiebestellungen in drei Ausnehmungen einer an der Außenseite des Drehlagers montierten Rastleiste ein, die durch zwei Vorsprünge voneinander getrennt sind. In den beiden äußeren Verschiebestellungen wird die Kugel jeweils gegen eine äußere Flanke von einem der beiden Vorsprünge angepresst, um den Nockenträger gegen einen ortsfesten Anschlag des Zylinderkopfgehäuses anzupressen. In der mittleren Verschiebestellung greift die Kugel in eine komplementär geformte Ausnehmung der Rastleiste zwischen den beiden Vorsprüngen ein. Bei dieser Lösung wird als nachteilig angesehen, dass das Drehlager axial verschiebbar im Zylinderkopfgehäuse geführt werden muss, was die Schmierung des Drehlagers erschwert, dass die Arretiereinrichtung im Zylinderkopfgehäuse in radialer Richtung der Grundnockenwelle verhältnismäßig viel Bauraum benötigt, und dass unterhalb der Grundnockenwelle in der Nähe der Schlepphebel zwei zusätzliche Anschläge für das verschiebbare Drehlager vorgesehen werden müssen, obwohl auch dort nur wenig freier Bauraum zur Verfügung steht.
Ausgehend hiervon liegt der Erfindung die Aufgabe zugrunde, einen Ventiltrieb der eingangs genannten Art dahingehend zu verbessern, dass ein verschiebbares Drehlager entbehrlich ist und weniger Bauraum benötigt wird. Diese Aufgabe wird erfindungsgemäß dadurch gelöst, dass die Grundnockenwelle beiderseits des Nockenträgers in einem ortsfesten Drehlager gelagert ist und dass die in einer Bohrung der Grundnockenwelle angeordnete federbelastete Kugel der Arretiereinrichtung den Nockenträger in zwei entgegengesetzten äußeren Verschiebestellungen des Nockenträgers gegen einen ortsfesten axialen Anschlag drückt.
Der Erfindung liegt der Gedanke zugrunde, die ortsfesten Drehlager zur drehbaren Lagerung der Nockenwelle und die zur Festlegung der beiden äußeren diskreten Verschiebestellungen dienenden Anschläge nicht im Bereich der Nockenträger, sondern jenseits der Stirnenden der Nockenträger, d.h. zwischen benachbarten Nockenträgern, anzuordnen. Auf diese Weise kann die Kugel der Arretiereinrichtung wie bei dem Ventiltrieb aus der EP 1 608 849 B1 in einer Querbohrung der Grundnockenwelle untergebracht und von der Feder von innen her gegen eine schräge Flanke einer Ausnehmung am inneren Umfang des Nockenträgers angepresst werden, um den Nockenträger in den beiden äußeren Verschiebestellungen gegen einen der ortsfesten axialen Anschläge anzupressen, der vorzugsweise von einem der beiden zum Nockenträger benachbarten Drehlager o- der einem Lagerbock dieses Drehlagers gebildet wird. Dadurch kann der erforderliche Bauraum beträchtlich verkleinert werden.
Um den Nockenträger in einer oder mehreren inneren Verschiebestellungen festzuhalten, greift die federbelastete Kugel in diesen Verschiebestellungen zweckmäßig in eine gegenüberliegende Ausnehmung am inneren Umfang des Nockenträgers ein, die zwischen den beiden Ausnehmungen mit den schrägen Flanken angeordnet ist. Mit anderen Worten weist der Nockenträger an seinem inneren Umfang mindestens drei in axialer Richtung hintereinander angeordnete Ausnehmungen auf, von denen zumindest die beiden äußeren jeweils von einer schrägen Flanke begrenzt werden und durch Vorsprünge von mindestens einer dazwischen angeordneten Ausnehmung getrennt sind. Wenn der Nockenträger aus einer äußeren Verschiebestellung in die andere äußere Verschiebestellung verschoben wird, bewegt sich die federbelastete Kugel nacheinander über die Vorsprünge hinweg und durch die innere(n) Ausnehmung(en) hindurch. Aus fertigungstechnischen Gründen sind sämtliche Ausnehmungen vorzugsweise als Nuten ausgebildet, die um den inneren Umfang des Nockenträgers umlaufen, wobei der axiale Mittenabstand der Ausnehmungen dem axialen Mittenabstand der zugehörigen Nocken oder Nockenprofile entspricht. Wie beim Stand der Technik gemäß EP 1 608 849 B1 oder DE 10 2007 010 150 A1 umfassen die Einrichtungen zum axialen Verschieben des Nockenträgers vorzugsweise einen Schneckentrieb mit mindestens einem ortsfesten Aktuator, aus dem sich mindestens ein Mitnehmer ausfahren und in eine gegenüberliegende schraubenförmige Nut einer Kurven- oder Schaltkulisse des Nockenträgers einspuren lässt. Je nachdem, ob der Mitnehmer in eine rechts- oder linksgängige Nut eingespurt wird, wird der Nockenträger entsprechend auf der Grundnockenwelle nach links oder nach rechts verschoben.
Um bei Brennkraftmaschinen mit zwei Einlass- bzw. Auslassventilen pro Zylinder den Hub und/oder die Öffnungszeiten beider Ventile gleichzeitig verändern zu können, weist der oder jeder Nockenträger zweckmäßig zwei Nockengruppen auf, die in einem dem Abstand der Ventile entsprechenden axialen Abstand voneinander angeordnet sind. Da aufgrund der Lagerung der Grundnockenwelle zwischen benachbarten Nockenträgern in dem Bereich zwischen den beiden Nockengruppen jedes Nockenträgers nicht wie beim Stand der Technik gemäß EP 1 608 849 B1 oder DE 10 2007 010 150 A1 ein Drehlager vorgesehen werden muss, lässt sich die Kurven- oder Schaltkulisse des Schneckentriebs gemäß einer weiteren bevorzugten Ausgestaltung der Erfindung zwischen den beiden Nockengruppen jedes Nockenträgers anordnen, was eine erhebliche Verkürzung der Baulänge jedes Nockenträgers gestattet. Außerdem ist anders als bei diesem Stand der Technik ein einziger Schneckentrieb mit einer durchgängigen Kurven- oder Schaltkulisse zur Verschiebung des Nockenträgers ausreichend.
Darüber hinaus können die Kurven- oder Schaltkulisse und der mindestens eine Aktuator der Einrichtungen zum axialen Verschieben des Nockenträgers in ihrer Ausführung beliebig an den axialen Abstand der Ventile bzw. an die vorhandenen Platzverhältnisse angepasst werden. Vorzugsweise wird der Nockenträger in den beiden äußeren Verschiebestellungen unterhalb der Grundnockenwelle gegen das Drehlager bzw. gegen einen Lagerstuhl des Drehlagers angepresst, wodurch oberhalb der Nockenwelle ausreichend Bauraum für den mindestens einen Aktuator geschaffen wird.
Eine weitere vorteilhafte Ausgestaltung der Erfindung sieht vor, dass die mittlere Nocke jeder Nockengruppe etwas breiter als die beiden äußeren Nocken jeder Nockengruppe ist, da die durch eine Wärmedehnung des Zylinderkopfs und der Grundnockenwelle verursachten Toleranzen des Verschiebewegs dort größer als im Bereich der äußeren Nocken sind. Im Folgenden wird die Erfindung anhand eines in der Zeichnung dargestellten Ausführungsbeispiels näher erläutert.
Fig. 1 zeigt eine Seitenansicht eines Teils eines Ventiltriebs für Paare von Einlassventilen von Zylindern einer Brennkraftmaschine, die einen Abschnitt einer in Drehlagern gelagerten Grundnockenwelle mit einem axial verschiebbaren Nockenträger;
Fig. 2 zeigt eine Längsschnittansicht eines etwas längeren Abschnitts der Grundnockenwelle mit drei Nockenträgern und Arretiereinrichtungen zum Arretieren der Nockenträger;
Fig. 3 zeigt eine vergrößerte Ansicht des Ausschnitts III in Fig. 2.
Mit dem in der Zeichnung nur teilweise dargestellten Ventiltrieb 1 für Paare von Einlassventilen 2 von Zylindern (nicht dargestellt) einer Brennkraftmaschine mit einer oben liegenden, in Drehlagern 3 eines Zylinderkopfgehäuses (nicht dargestellt) der Brennkraftmaschine drehbar gelagerten Grundnockenwelle 4, sowie mehreren, auf der Grundnockenwelle 4 axial verschiebbaren Nockenträgern 5 lassen sich der Hub und/oder die Öffnungszeiten der Einlassventile 2 jedes Zylinders unabhängig vom Hub und/oder den Öffnungszeiten der Einlassventile 2 der übrigen Zylinder verstellen.
Zu diesem Zweck umfasst der Ventiltrieb 1 für jedes Paar von Einlassventilen 2 einen der verschiebbaren Nockenträger 5, der drehfest mit der Grundnockenweile 4 verbunden ist und zwei im axialen Abstand voneinander angeordnete Nockengruppen 6, 7 aufweist. Jede der beiden Nockengruppen 6, 7 wirkt mit einer Rolle 8 eines schwenkbar gelagerten Rollenschlepphebels 9 von einem der Ventile 2 zusammen. Über die Rolle 8 wird ein in Fig. 1 dargestelltes, am unteren Ende mit einem Ventilteller 10' versehenes Ventilglied 10 betätigt, das sich zum Öffnen des jeweiligen Ventils 2 entgegen der Kraft einer Ventilfeder 1 1 (Fig. 2) im Zylinderkopf nach unten drücken lässt. Der Ventiltrieb 1 umfasst darüber hinaus für jedes der Ventile 2 ein ebenfalls in Fig. 1 dargestelltes hydraulisches Ventilspielausgleichselement 12.
Jede der beiden Nockengruppen 6, 7 jedes Nockenträgers 5 weist drei Nocken 13, 14, 15 auf, die an einer Seite über den äußeren Umfang des Nockenträgers 5 überstehen und unterschiedliche Nockenprofile oder Nockenkonturen besitzen. Auf der zu den Nocken 3, 4, 15 diametral entgegengesetzten Seite des Nockenträgers 5 weisen die No- ckengruppen 6, 7 einen Grundkreisabschnitt 16 auf, der sich mit einem konstanten Außendurchmesser über die gesamte axiale Länge der Nockengruppen 6, 7 und über einen Umfangswinkel von etwa 180 Grad erstreckt. Das Maß des Überstandes der Nocken 13, 14, 15 über den Grundkreisabschnitt 16 variiert entsprechend der gewünschten Hubhöhe des Ventilglieds 10, während die Winkelposition eines Scheitels der Nocken 13, 14, 15 in Drehrichtung der Grundnockenwelle 4 entsprechend dem gewünschten Zeitpunkt der maximalen Öffnung des Ventils 2 variiert. Die Nockenprofile oder Nockenkonturen der Nocken 13, 14, 15 der beiden Nockengruppen 6, 7 können jeweils unterschiedlich geformt und/oder bemessen sein. Bei beiden Nockengruppen 6, 7 ist der mittlere Nocken 14 geringfügig breiter als die beiden äußeren Nocken 13 und 15, wie später erläutert werden wird.
Die drei Nocken 13, 14, 15 beider Nockengruppen 6, 7 lassen sich durch axiale Verschiebung des Nockenträgers 5 auf der Grundnockenwelle 4 zwischen drei diskreten Verschiebestellungen wahlweise mit der Rolle 8 des Schlepphebels 9 des zur Nockengruppe 6 bzw. 7 zugehörigen Ventils 2 in Anlagekontakt bringen.
Die drei Verschiebestellungen sind in Fig. 2 am Beispiel von drei Nockenträgern 5 dargestellt. Der linke Nockenträger 5 befindet sich dort in seiner rechten äußeren Verschiebestellung, in der er mit seinem rechten Stirnende 17 von links her gegen einen Lagerstuhl 18 des benachbarten Drehlagers 3 anliegt, das zwischen dem linken und dem mittleren Nockenträger 5 angeordnet ist, und in der die Rollen 8 der Schlepphebel 9 der beiden Ventile 2 jeweils mit dem linken äußeren Nocken 13 der Nockengruppen 6, 7 in Anlagekontakt treten. Der in der Mitte dargestellte Nockenträger 5 befindet sich in seiner mittleren Verschiebestellung, in der seine beiden Stirnenden 17 jeweils einen axialen Abstand von den Lagerstühlen 18 der beiden benachbarten, beiderseits des Nockenträgers 5 angeordneten Drehlager 3 aufweisen und in der die Rollen 8 der Schlepphebel 9 der beiden Ventile 2 mit dem mittleren Nocken 14 der beiden Nockengruppen 6, 7 in Anlagekontakt treten. Der rechte Nockenträger 5 befindet sich in seiner linken äußeren Verschiebestellung, in der er mit seinem linken Stirnende 16 von rechts her gegen den Lagerstuhl 18 des benachbarten Drehlagers 3 zwischen dem mittleren und dem rechten Nockenträger 5 anliegt und in der die Rollen 8 der Schlepphebel 9 der beiden Ventile 2 jeweils mit dem rechten äußeren Nocken 15 der Nockengruppen 6, 7 in Anlagekontakt treten. Demgegenüber zeigt Fig. 1 nur einen Nockenträger 5, der sich in seiner mittleren Verschiebestellung befindet. Um die Nockenträger 5 drehfest mit der Grundnockenwelle 4 zu verbinden, jedoch ihre axiale Verschiebung entlang der Grundnockenwelle 4 zu ermöglichen, weisen die hohlzylindrischen Nockenträger 5 entlang eines Teils ihres inneren Umfangs eine Innen- längsverzahnung 19 (Fig. 2) auf, die mit einer komplementären Außenlängsverzahnung 20 (Fig. 1) auf einem Teil der Grundnockenwelle 4 kämmt.
Die axiale Verschiebung der Nockenträger 5 auf der Grundnockenwelle 4 zur Verstellung des Hubs oder der Öffnungszeiten der Einlassventile 2 erfolgt bei Bedarf und wird immer dann vorgenommen, wenn der Grundkreisabschnitt 16 der Nockengruppen 6, 7 während eines Drehwinkels der Grundnockenwelle 4 von etwa 180 Grad den Rollen 8 der Schlepphebel 9 gegenüberliegt. Das Maß der axialen Verschiebung eines Nockenträgers 5 zwischen zwei benachbarten Verschiebestellungen entspricht dem Mittenabstand benachbarter Nocken 13, 14 bzw. 14, 15 der Nockengruppen 6, 7.
Damit sich die Nockenträger 5 bei Bedarf in eine beliebige der drei Verschiebestellungen verschieben lassen, ist für jeden Nockenträger 5 ein einziger Schneckentrieb 21 vorgesehen. Der Schneckentrieb 21 umfasst eine einzige Kurven- oder Schaltkulisse 22, die etwa in der axialen Mitte des Nockenträgers 5 zwischen den beiden Nockengruppen 6, 7 bzw. zwischen den beiden Ventilen 2 angeordnet ist, sowie einen ortsfest im Zylinderkopfgehäuse montierten Aktuator 23, der in Fig. 1 nur schematisch dargestellt ist. Je nach Ausführung kann der Aktuator 23 einen oder mehrere Mitnehmerstifte 24 aufweisen, die sich wahlweise aus dem Aktuator 23 ausfahren und mit ihrem freien Ende mit einer gegenüberliegenden Nut 25 der Kurven- oder Schaltkulisse 22 in Eingriff bringen lassen, um den Nockenträger 5 jeweils um den Mittenabstand zweier benachbarter Nocken 13, 14 bzw. 14, 15 in eine der drei diskreten Verschiebestellungen zu verschieben.
Der Außendurchmesser der Kurven- oder Schaltkulisse 22 ist so bemessen, dass sich die Kurven- oder Schaltkulisse 22 bei einer Verschiebung des Nockenträgers 5 aus der mittleren Verschiebestellung in eine der beiden äußeren Verschiebestellungen in axialer Richtung mit einer von zwei Halterungen 37 (Fig. 2) überlappt, von denen die Rolle 8 des Rollenschlepphebels 9 drehbar gehalten wird.
Um jeden Nockenträger 5 in der jeweils gewünschten Verschiebestellung festzuhalten, ist für jeden Nockenträger 5 eine Arretiervorrichtung 26 vorgesehen. Wie am besten in Fig. 2 dargestellt, umfasst jede Arretiervorrichtung 26 eine in eine radiale Sacklochbohrung 27 der Grundnockenwelle 4 eingesetzte Kugel 28, die von einer zwischen dem Bo- den der Sacklochbohrung 27 und der Kugel 28 angeordneten vorgespannten Schraubendruckfeder 29 radial gegen einen gegenüberliegenden inneren Umfang des Nockenträgers 5 angepresst wird. Innerhalb des Bereichs des Nockenträgers 5, welcher der Kugel 28 beim Verschieben zwischen den drei Verschiebestellungen gegenüberliegt, ist der innere Umfang des Nockenträgers 5 nicht mit der Innenlängsverzahnung 19, sondern mit drei umlaufenden Nuten 30, 31 , 32 versehen, die in axialer Richtung hintereinander angeordnet sind.
Die mittlere Nut 31 weist einen an die Form der Kugel angepassten konkav gerundeten Nutquerschnitt auf und ist an beiden Seiten durch einen im Querschnitt konvex gerundeten Vorsprung 33, 34 von den benachbarten äußeren Nuten 30, 32 getrennt. Wie in Fig. 2 für den mittleren Nockenträger 5 dargestellt, wird die Kugel 28 in der mittleren Verschiebestellung des Nockenträgers 5 von der Feder 29 in die mittlere Nut 31 gedrückt, so dass der Nockenträger 5 allein durch den Rasteingriff der Kugel 29 in die als Rast- ausnehmung wirkende Nut 31 in dieser mittleren Verschiebestellung festgehalten wird. Wenn in dieser Verschiebestellung von dem Schneckentrieb 21 eine axiale Verschiebekraft auf den Nockenträger 5 ausgeübt wird, wird die Kugel 28 nach links oder rechts gegen einen der beiden Vorsprünge 33, 34 gepresst und von diesem Vorsprung 33, 34 entgegen der Kraft der Feder 29 in die Sacklochbohrung 27 zurück gedrückt, so dass sich die Kugel 28 über den Vorsprung 33, 34 hinweg in die benachbarte Nut 30, 32 bewegen kann. Die Bewegung der Kugel 28 endet, wenn der Nockenträger 5 mit seinem in Bewegungsrichtung vorderen Stirnende 16 gegen den Lagerbock 18 des benachbarten Drehlagers 3 anschlägt, wie in Fig. 2 für den linken bzw. rechten Nockenträger 5 dargestellt.
Die beiden äußeren Nuten 30, 32 werden an ihrer der mittleren Nut 31 zugewandten Seite jeweils von einer schrägen Flanke 35, 36 begrenzt. Gegen diese Flanke 35 oder 36 wird die Kugel 28 von der Schraubendruckfeder 29 angepresst, wenn der Nockenträger 5 mit einem in Bewegungsrichtung vorderen Stirnende 16 gegen den Lagerstuhl 18 des benachbarten Drehlagers 3 anschlägt, das den axialen Verschiebeweg der Nockenträger 5 in der jeweiligen äußeren Verschiebestellung begrenzt. Durch die Anpressung der Kugel 28 gegen die schräge Flanke 35, 36 wird von der Kugel 28 eine axiale Kraftkomponente auf den Nockenträger 5 ausgeübt, wie in Fig. 2 durch Pfeile dargestellt. Diese axiale Kraftkomponente sorgt dafür, dass der Nockenträger 5 in den beiden äußeren Verschiebestellungen jeweils mit einem seiner Stirnenden 16 gegen den Lagerstuhl 18 des in Bewegungsrichtung benachbarten Drehlagers 3 gedrückt und dadurch in einer definierten Position festgehalten wird, in der das Nockenprofil von einem der beiden äußeren Nocken 13, 15 der Rolle 8 des Rollenschlepphebels 9 genau gegenüberliegt. Aus diesem Grund kann die Breite der beiden äußeren Nocken 13, 15 jeweils etwas schmaler als die Breite des mittleren Nockens 14 gemacht werden.
Obwohl dies in der Zeichnung nicht dargestellt ist, braucht die mittlere Nut 31 nicht notwendigerweise einen an die Form der Kugel 28 angepassten konkav gerundeten Nutquerschnitt aufweisen, sondern kann zum Beispiel auch einen von zwei ebenen schrägen Flanken begrenzten dreieckigen Nutquerschnitt besitzen, wobei in diesem Fall die in der mittleren Nut 31 befindliche Kugel 28 von der Feder 29 an zwei Punkten gegen die beiden Flanken angepresst wird.
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BEZUGSZEICHENLISTE
Ventiltrieb
Einlassventile
Drehlager
Grundnockenwelle
Nockenträger
Nockengruppe
Nockengruppe
Rolle
Rollenschlepphebel
Ventilglied
Ventilteller
Ventilfeder
Ventilspielausgleichselement
Nocken
Nocken
Nocken
Grundkreisabschnitt
Stirnende Nockenträger
Lagerstuhl Drehlager
Inneniängsverzahnung Nockenträger
Außenlängsverzahnung Grundnockenwelle
Schneckentrieb
Kurvenkulisse
Aktuator
Mitnehmerstift
Nut
Arretiereinrichtung
Sacklochbohrung
Kugel
Schraubendruckfeder
Nut
Nut Nut
Vorsprung Vorsprung Flanke
Flanke
Halterung Rolle

Claims

P AT E N TA N S P R Ü C H E
1. Ventiltrieb für Gaswechselventile einer Brennkraftmaschine mit mindestens einer Grundnockenwelle, mindestens einem auf der Grundnockenwelle axial verschiebbaren Nockenträger, der mindestens eine Nockengruppe mit mindestens drei Nocken mit unterschiedlichen Nockenprofilen umfasst, Einrichtungen zum axialen Verschieben des Nockenträgers auf der Grundnockenwelle in eine der Anzahl der Nocken der Nockengruppe entsprechende Anzahl von diskreten Verschiebestellungen, sowie einer Arretiereinrichtung mit einer federbelasteten Kugel zum Arretieren des Nockenträgers in den diskreten Verschiebestellungen, dadurch gekennzeichnet, dass die Grundnockenwelle (4) beiderseits des Nockenträgers (5) in ortsfesten Drehlagern (3) gelagert ist und dass die federbelastete Kugel (28) der Arretiereinrichtung (26) in einer Ausnehmung (27) der Grundnockenwelle (4) angeordnet ist und den Nockenträger (5) in zwei äußeren Verschiebestellungen jeweils gegen einen ortsfesten axialen Anschlag (3, 18) drückt.
2. Ventiltrieb nach Anspruch 1 , dadurch gekennzeichnet, dass die federbelastete Kugel (28) der Arretiereinrichtung (26) in mindestens einer zwischen den äußeren Verschiebestellungen gelegenen inneren Verschiebestellung in eine gegenüberliegende Ausnehmung (31) am inneren Umfang des Nockenträgers (5) eingreift.
3. Ventiltrieb nach Anspruch 2, dadurch gekennzeichnet, dass die federbelastete Kugel (28) der Arretiereinrichtung (26) in der inneren Verschiebestellung mit der gegenüberliegenden Ausnehmung (31) im Rasteingriff steht.
4. Ventiltrieb nach einem der vorangehenden Ansprüche, dadurch gekennzeichnet, dass der Nockenträger (5) an seinem inneren Umfang mindestens drei in axialer Richtung hintereinander angeordnete Ausnehmungen (30, 31 , 32) aufweist, von denen die beiden äußeren Ausnehmungen (30, 32) jeweils durch Vorsprünge (33, 34) von mindestens einer dazwischen angeordneten Ausnehmung (31) getrennt sind.
5. Ventiltrieb nach Anspruch 4, dadurch gekennzeichnet, dass der axiale Mittenabstand der Ausnehmungen (30, 31 , 32) dem axialen Mittenabstand benachbarter Nocken (13, 14, 15) der Nockengruppen (6, 7) entspricht.
6. Ventiltrieb nach Anspruch 4 oder 5, dadurch gekennzeichnet, dass mindestens die beiden äußeren Ausnehmungen (30, 32) jeweils von einer schrägen Flanke (35, 36) begrenzt werden.
7. Ventiltrieb nach Anspruch 4, 5 oder 6, dadurch gekennzeichnet, dass die Ausnehmungen umlaufende Nuten (30, 31 , 32) im inneren Umfang des Nockenträgers (5) sind.
8. Ventiltrieb nach einem der vorangehenden Ansprüche, dadurch gekennzeichnet, dass der Nockenträger (5) zwei Nockengruppen (6, 7) aufweist, die im axialen Abstand voneinander angeordnet sind, und dass die Einrichtungen (21 , 22, 23, 24, 25) zum axialen Verschieben des Nockenträgers (5) einen Schneckentrieb (21) mit einer einzigen zwischen den beiden Nockengruppen (6, 7) angeordneten Kurven- oder Schaltkulisse (22) umfassen.
9. Ventiltrieb nach Anspruch 8, dadurch gekennzeichnet, dass der Schneckentrieb (21) mindestens einen ortsfesten Aktuator (23) mit mindestens einem ausfahrbaren Mitnehmer (24) umfasst, der sich in eine schraubenförmige Nut (25) der Kurven- oder Schaltkulisse (22) einspuren lässt.
10. Ventiltrieb nach Anspruch 8 oder 9, dadurch gekennzeichnet, dass sich die Kurven- oder Schaltkulisse (22) des Schneckentriebs (21) in den beiden äußeren Verschiebestellungen mit einer Halterung (37) einer Rolle (8) eines Schlepphebels (9) von einem der Gaswechselventile (2) überlappt.
11. Ventiltrieb nach einem der vorangehenden Ansprüche, dadurch gekennzeichnet, dass der mittlere Nocken (14) jeder Nockengruppe (6, 7) etwas breiter als die äußeren Nocken (13, 15) jeder Nockengruppe (6, 7) ist.
12. Ventiltrieb nach einem der vorangehenden Ansprüche, dadurch gekennzeichnet, dass die federbelastete Kugel (28) der Arretiereinrichtung (26) in den beiden äußeren Verschiebestellungen jeweils ein Stirnende (16) des Nockenträgers (5) gegen den axialen Anschlag (3, 18) drückt.
13. Ventütrieb nach einem der vorangehenden Ansprüche, dadurch gekennzeichnet, dass der axiale Anschlag (3, 18) von einem der ortsfesten Drehlager (3) oder von einem Lagerbock (18) eines der ortsfesten Drehlager (3) gebildet wird.
14. Brennkraftmaschine, gekennzeichnet durch mindestens einen Ventiltrieb (1) nach einem der vorangehenden Ansprüche.
EP12716256.8A 2011-04-23 2012-04-20 Ventiltrieb für gaswechselventile einer brennkraftmaschine mit einer grundnockenwelle und zwischen drehlagern der grundnockenwelle in zwei oder mehr diskrete verschiebestellungen verschiebbaren nockenträgern Active EP2702253B1 (de)

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