EP3292280A1 - Ventiltriebvorrichtung - Google Patents

Ventiltriebvorrichtung

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EP3292280A1
EP3292280A1 EP16701058.6A EP16701058A EP3292280A1 EP 3292280 A1 EP3292280 A1 EP 3292280A1 EP 16701058 A EP16701058 A EP 16701058A EP 3292280 A1 EP3292280 A1 EP 3292280A1
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EP
European Patent Office
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cam
drive device
cam piece
valve drive
track
Prior art date
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EP16701058.6A
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English (en)
French (fr)
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EP3292280B1 (de
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Robert Hermann
Murat Saral
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Volkswagen AG
Original Assignee
Volkswagen AG
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Publication date
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    • F01L1/02—Valve drive
    • F01L1/04—Valve drive by means of cams, camshafts, cam discs, eccentrics or the like
    • F01L1/047—Camshafts
    • F01L1/053—Camshafts overhead type
    • F—MECHANICAL ENGINEERING; LIGHTING; HEATING; WEAPONS; BLASTING
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    • F01L1/047—Camshafts
    • F01L2001/0471—Assembled camshafts
    • F01L2001/0473—Composite camshafts, e.g. with cams or cam sleeve being able to move relative to the inner camshaft or a cam adjusting rod
    • 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
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    • 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 invention relates to a valve drive device, in particular a motor vehicle, according to the preamble of claim 1.
  • the valve drive device comprises a camshaft with a cam piece arranged axially displaceably on a cam basic shaft with at least two cams which provide camshafts which are phase-displaced during a rotation of the camshaft and are assigned to different cylinders and a shift gate for axially displacing the cam piece, the shift gate having a first cam track for axially displacing the cam piece in a forward direction and a second cam track for axially displacing the cam track in a reverse direction opposite to the forward direction.
  • variable valve drive devices in internal combustion engines, which can realize both the shutdown of individual cylinders and a valve lift switching by axial displacement of cam pieces with cams of different cam contour (eg. Full cam, half cam and / or zero cam) (so-called.
  • Variable valve train devices with axially displaceable cam pieces do not have a classic one-piece camshaft, but one
  • Tooth shaft as a camshaft on which two or more cam pieces are slidably mounted.
  • Cam pieces take place via the teeth of the toothed shaft.
  • the displacement of the cam pieces in the axial direction is effected by means of a stationary actuator, which causes an engagement of an actuating element, such as an adjusting pin in a switching gate of the cam piece.
  • an actuating element such as an adjusting pin in a switching gate of the cam piece.
  • Upon rotation of the cam piece this is forcibly guided by means of the adjusting pin by a defined axial switching travel of a few millimeters, which corresponds to the distance between two adjacent cams of a cam portion of the cam piece moved.
  • each cam piece two ejectable actuators are assigned to engage in each case a slide track of the shift gate, wherein the first slide track for adjusting the cam piece in an axial forward direction and the second cam track for adjusting the cam piece in an axial reverse direction is provided (activation and deactivation in ACT).
  • each cylinder is associated with an axially displaceable cam piece ("single cam piece")
  • single cam piece axially displaceable cam piece
  • valve train devices with a single cam piece are Y-shaped extending link tracks with two side by side extending in the circumferential direction
  • the valve drive device comprises a camshaft having a cam piece arranged axially displaceably on a cam basic shaft and having at least two cams which provide phase-shifted cam strokes during a rotation of the camshaft and which are assigned to different cylinders. That's it According to the invention possible, the valve lifts two or more cylinders with a
  • Cam base shaft are held, there are several cam pieces.
  • a valve lift can be done with a double cam piece only in the base circle of the cam.
  • a double cam piece is available for switching a smaller common cam base circle than when switching the valve lifts of two cylinders by means of two individual cam pieces.
  • the valve and thus also the cam strokes are regularly rotated by 90 ° cam rotation angle to each other with two cylinders, which are adjusted with a common cam piece and thus phase-shifted. These 90 ° cam rotation angles correspond to the reduction of the base circle used for
  • Double cam piece due to the higher to be moved cam piece mass and the smaller base circle area are more heavily loaded than in a
  • the first slide track and the second slide track are so axially spaced from each other that they no
  • Gateways no track section both in a move of the
  • Cam piece is traversed in the reverse direction of an adjusting pin of the actuator. Rather, the two slide tracks are completely independent of each other and axially spaced from each other, so that a slide track for moving the Cam piece in the forward direction and the second cam track for moving the cam piece in the reverse direction is used.
  • the invention is based on the knowledge that when gate tracks with a common track section of these passing Verstellpin is potentially heavily stressed at the existing crossing, branching or merging points.
  • the adjusting pin at the junction point can abut against an opposite wall section of the united slide track without its axial movement component being able to be braked adequately beforehand, which can lead to the acoustic abnormalities described above.
  • Two independent and axially spaced gateways offer
  • the adjusting pin passing Verstellpin can be performed closely over its entire path between two slide web walls, and thus the axial
  • Movement component of the cam piece are also gently braked after moving through a corresponding web guide, whereby mechanical loads of the adjusting pins can be reduced.
  • the cam piece of the valve drive device according to the invention is integrally formed such that the two cams associated with the various cylinders and the shift gate are not axially displaceable relative to each other, but axially fixedly arranged on the cam piece.
  • it is a previously described "double cam piece” or in the case of multiple cams to a one-piece “multiple cam piece”, wherein the individual cams are associated with two or more cylinders and each provide phase-shifted cam strokes.
  • the two slide tracks each have a substantially in the circumferential direction Einspur Siemens
  • an axial course component having a displacement portion for axial displacement of the cam piece and a substantially extending in the circumferential direction Auswerf Scheme.
  • the cam piece according to the invention has two axially spaced and separate
  • Each slide track can rotate the camshaft axis by more than 360 °, the beginning of the Einspur Schemes and the end of the
  • Auswerf Switzerlands can be arranged axially adjacent to each other due to a helical course of the slide track. It is important that the circumferential angle range of the shift range is limited to the available base circle.
  • the slide tracks each have a braking area between the sliding area and the ejection area, which has such a curved course an axial component of movement of the cam piece is gradually braked when a braking area is traversed by the adjusting pin.
  • the adjusting pin In the braking area, the adjusting pin can be guided laterally on both sides closely to a slide track wall whose axial course component gradually decreases in the direction of the ejection area.
  • both slide tracks can thus gradually axially apart or converge with substantially identical axial curvature. Furthermore, both slide tracks can extend at substantially the same angle (preferably more than 360 °) in the circumferential direction.
  • the single track area of each slide track extends over a circumferential angle of more than 10 °, preferably more than 30 °, in particular 90 ° or more axially next to the ejection region of the respective slide track.
  • the slide tracks in unwound form have a substantially S-shaped course.
  • the cam piece is the invention
  • Valve train device adapted for adjusting two or more cylinders, wherein at least two cams are provided for providing phase-shifted cam strokes.
  • the cam piece may have two or more cam portions, each of which cam portion has at least one (full) cam.
  • a (partial) cam or a (zero) cam can be arranged on the cam piece so that it is possible to switch between different valve actuation modes by displacing the cam piece.
  • the cam piece has at least four axially rigid
  • cam portions each having at least one (full) cam and a partial or zero cam, each of which two cam sections associated with a cylinder and can be configured to provide phase-identical cam strokes.
  • Valve actuation is a cam piece in which the two slide tracks are arranged between the two cam sections associated with a first cylinder and the two cam sections associated with a second cylinder.
  • the two slide tracks are in a central area of the two slide tracks
  • each slide track of the valve drive device is associated with an actuator with an adjusting pin for engagement in the respective slide track, wherein the diameter of the adjusting pins is smaller than 6 mm and preferably less than 5 mm. Due to an axial deceleration of the cam piece
  • the adjustment pins can be made narrower due to the lower load than in conventional
  • Valve train devices with adjustable double cam pieces in which the
  • Diameter of the adjusting pins registrable be 7 or more millimeters.
  • the camshaft can be switched due to the stable, one-piece double cam pieces at a higher speed of 1800 rev / min, 2000 rpm or more than camshafts with conventional, axially displaceable arranged Einzelelnocken Tradingen in which the limit speed for switching 1700 U / may be min or less.
  • the invention relates to a cam piece of a valve drive device according to the invention.
  • FIG. 2 shows a valve drive device according to the invention in a longitudinal sectional view
  • Fig. 3 is a view from above of an engine block with an inventive
  • Fig. 4 is an explanatory view of a cam piece of a
  • valve drive device together with the two slide tracks in unwound form (groove development)
  • FIG. 1 shows a perspective view of a cam piece 10 of FIG
  • the cam piece is in the form of a double cam piece adapted to actuate valves of two adjacent cylinders, with the first cylinder associated cams 12 out of phase with the second cylinder associated cams 14 projecting from the cam piece 10.
  • the phase shift is approximately 90 ° in the illustrated example.
  • the individual cams 12, 14 are not movable relative to each other; Rather, the cam piece 10 is integrally formed.
  • the illustrated cam piece 10 has a total of four cam sections 15, each of which comprises on the one hand a full cam and on the other hand either a zero cam or a partial cam.
  • Cam sections each have a full cam 14 and a zero cam 16, so that can be switched between valve full and valve shutdown, and associated with the first cylinder two cam portions 15 each have a full cam 12 and a partial cam 17, so that are switched between valve full and valve subcircuit can.
  • the valve drive device 10 is shown in a longitudinal sectional view.
  • the cam piece 10 shown in FIG. 1 is arranged axially displaceably on a cam base shaft 52, wherein the cam base shaft 52 forms the camshaft 50 together with the cam pieces 10 displaceably arranged thereon.
  • the cam piece 10 also has in a central region a shift gate 20 with two adjacent link tracks 22, 24, wherein the shift gate 20 is provided for axially displacing the cam piece 10 on the cam base shaft 50.
  • an axially fixed adjusting pin 42 of an actuator 40 engages in the first slide track 22 of the rotating cam piece 10, whereby it is axially guided and displaced.
  • a second axially fixed adjusting pin of a second actuator engages the second slide track 24 of the rotating cam piece 10, whereby it is axially guided and displaced in the opposite direction.
  • the two slide tracks 22, 24 axially spaced from each other provided on the cam piece 10 and have no common track section. This allows the cam piece according to the invention despite its large compared to conventional Einzelelnocken Sharingen mass
  • each of the two slide tracks 22, 24 has a running in the circumferential direction Einspur Scheme 32 with varying groove depth for the alignment of the adjusting 42, adjoining it in the circumferential direction adjustment 34 with axial flow component for moving or
  • Reference numeral 62 shows the contact area between the wall of the slide track 22 and the Verstellpin 42 when moving the cam piece 10
  • reference numeral 63 shows the contact area between the wall of the slide track 22 and the Verstellpin 42 during axial braking of the cam piece 10 following the displacement.
  • the axially curved walls of the slide tracks gradually merge again into walls extending in the circumferential direction, so that a defined
  • Abbremsung adjusting 42 can be used with a diameter of only about 4.9 mm and correspondingly narrow slide tracks 22, 24, whereby material can be saved and the cam pieces can be made relatively compact.
  • the adjustment units can be made smaller, resulting in lower costs and a smaller space occupied.
  • the adjustment portion 34 of the first slide track 22 curves opposite to the adjustment 34 of the second link 24, whereby on the one hand a displacement of the cam piece 10 in the forward direction V and on the other hand a displacement of the cam piece 10 in the reverse direction R is made possible.
  • the slide tracks 22 and 24 are symmetrical with respect. A radially symmetrical plane arranged therebetween.
  • FIG. 3 an engine block with two camshafts 50 is shown, each having two cam pieces 10.
  • valve drive device 100 allows the use of
  • Double cam pieces for switching speeds of 2000 rpm or more Double cam pieces for switching speeds of 2000 rpm or more.
  • an increase in component durability over the term and significantly improved acoustics in the switching operation is achieved by the deceleration.

Abstract

Die Erfindung betrifft eine Ventiltriebvorrichtung mit einer Nockenwelle (50) mit einem axial verschieblich angeordneten Nockenstück (10) mit mindestens zwei Nocken (12, 14), die bei einer Drehung der Nockenwelle (50) phasenverschobene Nockenhübe bereitstellen und verschiedenen Zylindern zugeordnet sind, und einer Schaltkulisse (20) zum axialen Verschieben des Nockenstücks (10), wobei die Schaltkulisse eine erste Kulissenbahn (22) zum axialen Verschieben des Nockenstücks in einer Vorwärtsrichtung (V) und eine zweite Kulissenbahn (24) zum axialen Verschieben des Nockenstücks in einer der Vorwärtsrichtung entgegengerichteten Rückwärtsrichtung (R) aufweist. Die erste Kulissenbahn (22) und die zweite Kulissenbahn (24) sind axial voneinander beabstandet und weisen keinen gemeinsamen Bahnabschnitt auf.

Description

Beschreibung
Ventiltriebvorrichtung
Die Erfindung betrifft eine Ventiltriebvorrichtung, insbesondere eines Kraftfahrzeugs, gemäß dem Oberbegriff des Patentanspruchs 1. Die Ventiltriebvorrichtung umfasst eine Nockenwelle mit einem axial verschieblich auf einer Nockengrundwelle angeordneten Nockenstück mit mindestens zwei Nocken, die bei einer Drehung der Nockenwelle phasenverschobene Nockenhübe bereitstellen und verschiedenen Zylindern zugeordnet sind, und einer Schaltkulisse zum axialen Verschieben des Nockenstücks, wobei die Schaltkulisse eine erste Kulissenbahn zum axialen Verschieben des Nockenstücks in einer Vorwärtsrichtung und eine zweite Kulissenbahn zum axialen Verschieben des Nockenstücks in einer der Vorwärtsrichtung entgegengerichteten Rückwärtsrichtung aufweist.
Bekannt sind variable Ventiltriebvorrichtungen in Brennkraftmaschinen, die durch axiales Verschieben von Nockenstücken mit Nocken unterschiedlicher Nockenkontur (bspw. Vollnocken, Halbnocken und/oder Nullnocken) sowohl die Abschaltung einzelner Zylinder als auch eine Ventilhubumschaltung realisieren können (sog.
„Schiebenockensysteme"). Variable Ventiltriebvorrichtungen mit axial verschiebbaren Nockenstücken besitzen keine klassische einteilige Nockenwelle, sondern eine
Zahnwelle als Nockengrundwelle, auf der zwei oder mehr Nockenstücke verschiebbar angeordnet sind. Die Drehmomentübertragung von der Nockenwelle auf die
Nockenstücke erfolgt über die Verzahnung der Zahnwelle. Das Verschieben der Nockenstücke in Axialrichtung erfolgt mithilfe eines ortsfesten Aktuators, der ein Eingreifen eines Betätigungselements wie etwa eines Verstellpins in eine Schaltkulisse des Nockenstücks bewirkt. Bei Drehung des Nockenstücks wird dieses mittels des Verstellpins zwangsgeführt um einen definierten axialen Schaltweg von wenigen Millimetern, der dem Abstand zweier benachbarter Nocken eines Nockenabschnitts des Nockenstücks entspricht, verschoben. Wenn sich das Nockenstück in einer
vorgegebenen axialen Endposition befindet, wird der Pin wieder eingefahren bzw. in Richtung auf den Aktuator zurückgeworfen. Um eine Verstellung des Nockenstücks von einer ersten Axialposition in eine zweite Axialposition und umgekehrt bewirken zu können, sind jedem Nockenstück zwei auswerfbare Betätigungselemente zum Eingriff in jeweils eine Kulissenbahn der Schaltkulisse zugeordnet, wobei die erste Kulissenbahn zum Verstellen des Nockenstücks in einer axialen Vorwärtsrichtung und die zweite Kulissenbahn zum Verstellen des Nockenstücks in einer axialen Rückwärtsrichtung vorgesehen ist (Zu- und Abschaltung beim ACT).
Wenn jedem Zylinder ein axial verschiebliches Nockenstück („Einzelnockenstück") zugeordnet ist, benötigen solche herkömmlichen Ventiltriebvorrichtungen pro Zylinder neben dem Nockenstück auch einen Aktuator nebst Schaltkulisse. Eine Mehrzahl an Schaltkulissen und Aktuatoren ist allerdings mit einem erheblichen Kosten- und
Montageaufwand verbunden.
Bei Ventiltriebvorrichtungen mit einem Einzelnockenstück sind Y-förmig verlaufende Kulissenbahnen mit zwei nebeneinander in Umfangsrichtung verlaufenden
Einspurbereichen bekannt, die an einer Y-Vereinigungsstelle in einen gemeinsamen Bahnabschnitt mit einem Auswerfbereich übergehen.
Die Druckschriften DE 10 2007 056 692 A1 , DE 10 2007 037 358 A1 und
DE 10 201 1 01 1 457 A1 beschreiben jeweils zwei bzw. drei axial relativ zueinander verschieblich an der Nockengrundwelle angeordnete Nockenstücke, bei denen die verschiedenen Zylindern zugeordneten Nocken jeweils axial zueinander verschieblich sind. Die einzelnen Nockenstücke können dabei mittels zweier Kulissenbahnen entweder aufeinander zu oder voneinander weg geschoben werden. Die in diesen Druckschriften beschriebenen Ventiltriebvorrichtungen sind besonders komplex und dadurch potentiell fehleranfällig.
In Anbetracht der beschriebenen Probleme ist es die Aufgabe der vorliegenden
Erfindung, eine Ventiltriebvorrichtung mit einem Doppelnockenstück mit einer
verbesserten Schaltkulisse bereitzustellen, die eine möglichst lange Haltbarkeit aufweist, die Belastung der Verstellpins reduziert und akustische Auffälligkeiten beseitigt.
Diese Aufgabe wird erfindungsgemäß durch eine Ventiltriebvorrichtung der o.g. Art mit den in Anspruch 1 gekennzeichneten Merkmalen gelöst. Vorteilhafte Ausgestaltungen der Erfindung sind in den weiteren Ansprüchen beschrieben.
Die erfindungsgemäße Ventiltriebvorrichtung umfasst eine Nockenwelle mit einem axial verschieblich auf einer Nockengrundwelle angeordneten Nockenstück mit mindestens zwei Nocken, die bei einer Drehung der Nockenwelle phasenverschobene Nockenhübe bereitstellen und verschiedenen Zylindern zugeordnet sind. Damit ist es erfindungsgemäß möglich, die Ventilhübe zweier oder mehr Zylinder mit einem
(einteiligen) Nockenstück im Wesentlichen zeitgleich umzuschalten
(„Doppelnockenstück").
Es ist darauf hinzuweisen, dass gemäß der vorliegend verwendeten Bezeichnungsweise bei einem Nockenstück die einzelnen Nocken des Nockenstücks nicht relativ zueinander axial beweglich sind, sondern axial starr relativ zueinander an dem Nockenstück gehalten sind. Falls zwei Nocken relativ zueinander axial beweglich an der
Nockengrundwelle gehalten sind, liegen mehrere Nockenstücke vor.
Eine Ventilhubumschaltung kann bei einem Doppelnockenstück nur im Grundkreis der Nocken erfolgen. Für die Umschaltung des Ventilhubs von zwei Zylindern mit einem Doppelnockenstück steht zur Umschaltung ein kleinerer gemeinsamer Nockengrundkreis zur Verfügung als bei der Umschaltung der Ventilhübe von zwei Zylindern mittels zweier einzelner Nockenstücke. Die Ventil- und somit auch die Nockenhübe sind bei zwei Zylindern, die mit einem gemeinsamen Nockenstück verstellt werden, regelmäßig um 90° Nockendrehwinkel zueinander verdreht und damit phasenverschoben. Diese 90° Nockendrehwinkel entsprechen der Verringerung des Grundkreises, der zur
Verschiebung der Verfügung steht. Aus diesem Grund ist die Kulissenbahnführung zur Umschaltung mehrerer Zylinder mit einem einzigen Nockenstück schwierig.
Hinzu kommt, dass die Verstellpins des Aktuators bei der Umschaltung eines
Doppelnockenstücks aufgrund der höheren zu verschiebenden Nockenstückmasse und dem kleineren Grundkreisbereich stärker belastet werden als bei einem
Einzelnockenstück, das nur einem einzelnen Zylinder zugeordnet ist. Der kürzere Nockengrundkreis führt darüber hinaus zu einer höheren axialen Endgeschwindigkeit des Doppelnockenstücks, was eine zunehmende akustische Auffälligkeit bei steigenden Drehzahlen bewirkt.
Bei der erfindungsgemäßen Ventiltriebvorrichtung sind die erste Kulissenbahn und die zweite Kulissenbahn derart axial voneinander beabstandet, dass sie keinen
gemeinsamen Bahnabschnitt aufweisen. Mit anderen Worten haben die beiden
Kulissenbahnen keinen Bahnabschnitt, der sowohl bei einem Verschieben des
Nockenstücks in der Vorwärtsrichtung als auch bei einem Verschieben des
Nockenstücks in der Rückwärtsrichtung von einem Verstellpin des Aktuators durchlaufen wird. Vielmehr sind die beiden Kulissenbahnen vollständig unabhängig voneinander und axial voneinander beabstandet, so dass die eine Kulissenbahn zum Verschieben des Nockenstücks in der Vorwärtsrichtung und die zweite Kulissenbahn zum Verschieben des Nockenstücks in der Rückwärtsrichtung dient.
Die Erfindung geht auf die Erkenntnis zurück, dass bei Kulissenbahnen mit einem gemeinsamen Bahnabschnitt der diese durchlaufende Verstellpin an den dabei vorhandenen Kreuzungs-, Verzweigungs- bzw. Vereinigungspunkten potentiell stark beansprucht wird. Insbesondere kann der Verstellpin an dem Vereinigungspunkt gegen einen gegenüberliegenden Wandabschnitt der vereinigten Kulissenbahn stoßen, ohne dass seine axiale Bewegungskomponente zuvor hinreichend abgebremst werden kann, was zu den oben beschriebenen akustischen Auffälligkeiten führen kann. Zwei voneinander unabhängige und axial beabstandete Kulissenbahnen bieten
demgegenüber den Vorteil von größeren Freiheitsgraden bei der Festlegung ihres Verlaufswegs in Umfangsrichtung und in axialer Richtung. Insbesondere kann der die Kulissenbahn durchlaufende Verstellpin über seinen gesamten Weg eng zwischen zwei Kulissenbahnwänden geführt werden, und folglich kann die axiale
Bewegungskomponente des Nockenstücks nach dem Verschieben durch eine entsprechende Bahnführung auch behutsam abgebremst werden, wodurch mechanische Belastungen des Verstellpins verringerbar sind.
Das Nockenstück der erfindungsgemäßen Ventiltriebvorrichtung ist derart einstückig gebildet, dass die beiden den verschiedenen Zylindern zugeordneten Nocken und die Schaltkulisse nicht axial relativ zueinander verschieblich, sondern axial feststehend am Nockenstück angeordnet sind. Mit anderen Worten handelt es sich um ein zuvor beschriebenes„Doppelnockenstück" bzw. im Falle mehrerer Nocken um ein einteiliges „Mehrfachnockenstück", wobei die einzelnen Nocken zwei oder mehr Zylindern zugeordnet sind und jeweils phasenverschobene Nockenhübe bereitstellen.
Vorzugsweise weisen die zwei Kulissenbahnen jeweils einen im Wesentlichen in Umfangsrichtung verlaufenden Einspurbereich, einen eine axiale Verlaufskomponente aufweisenden Verschiebebereich zum axialen Verschieben des Nockenstücks und einen im Wesentlichen in Umfangsrichtung verlaufenden Auswerfbereich auf. Damit weist das erfindungsgemäße Nockenstück zwei axial beabstandete und separate
Auswerf abschnitte auf. Jede Kulissenbahn kann die Nockenwellenachse dabei um mehr als 360° umlaufen, wobei der Beginn des Einspurbereichs und das Ende des
Auswerfbereichs aufgrund eines helixartigen Verlaufs der Kulissenbahn axial nebeneinander angeordnet sein können. Wichtig ist, dass der Umfangswinkelbereich des Verschiebebereichs auf den zur Verfügung stehenden Grundkreis beschränkt ist. Im Hinblick auf die gute Vermeidung akustischer Auffälligkeiten bei der Verstellung und im Hinblick auf die Erhöhung der Haltbarkeit des Verstellpins hat es sich als zweckmäßig erwiesen, dass die Kulissenbahnen jeweils zwischen dem Verschiebebereich und dem Auswerfbereich einen Bremsbereich aufweisen, der einen derart gekrümmten Verlauf hat, dass eine axiale Bewegungskomponente des Nockenstücks allmählich abbremsbar ist, wenn ein Bremsbereich von dem Verstellpin durchlaufen wird. Im Bremsbereich kann der Verstellpin seitlich auf beiden Seiten eng an einer Kulissenbahnwand geführt werden, dessen axiale Verlaufskomponente sich in Richtung auf den Auswerfbereich allmählich verringert.
Im Hinblick auf eine einfache Herstellbarkeit des Nockenstücks sowie im Hinblick auf eine symmetrische Beanspruchung der erfindungsgemäßen Ventiltriebvorrichtung bei einer Verstellung in den beiden Axialrichtungen hat es sich als vorteilhaft erwiesen, dass die beiden Kulissenbahnen einen symmetrischen Verlauf bzgl. einer mittig zwischen den Kulissenbahnen verlaufenden radialen Symmetrieebene haben. In dem
Verschiebebereich können die beiden Kulissenbahnen folglich mit im Wesentlichen identischer axialer Krümmung allmählich axial auseinander bzw. zusammenlaufen. Ferner können sich beide Kulissenbahnen um im Wesentlichen denselben Winkel (von vorzugsweise mehr als 360°) im Umfangsrichtung erstrecken.
Im Hinblick auf eine stabile Führung der Verstellpins in der jeweiligen Kulissenbahn ist es vorteilhaft, wenn der Einspurbereich jeder Kulissenbahn über einen Umfangswinkel von mehr als 10°, bevorzugt mehr als 30°, insbesondere 90° oder mehr axial neben dem Auswerfbereich der jeweiligen Kulissenbahn verläuft.
Vorzugsweise haben die Kulissenbahnen in abgewickelter Form einen im Wesentlichen S-förmigen Verlauf.
Wie bereits eingangs erläutert, ist das Nockenstück der erfindungsgemäßen
Ventiltriebvorrichtung zum Verstellen von zwei oder mehr Zylindern eingerichtet, wobei mindestens zwei Nocken zum Bereitstellen phasenverschobener Nockenhübe vorgesehen sind. Im Hinblick auf eine zuverlässige Zylinderansteuerung hat es sich als vorteilhaft erwiesen, dass die Nockenhübe derjenigen Nocken, die verschiedenen Zylindern zugeordnet sind, in Umfangsrichtung um mehr als 30° und weniger als 180° zueinander versetzt sind, insbesondere um etwa 90° zueinander versetzt sind. Das Nockenstück kann zwei oder mehr Nockenabschnitte aufweisen, von denen jeder Nockenabschnitt zumindest einen (Voll-)Nocken aufweist. Unmittelbar neben den (Voll- )Nocken kann jeweils ein (Teil-)Nocken oder ein (Null-)Nocken am Nockenstück angeordnet sein, so dass durch Verschieben des Nockenstücks zwischen verschiedenen Ventilbetätigungsmodi umgeschaltet werden kann.
Vorzugsweise weist das Nockenstück mindestens vier axial starr zueinander
angeordnete Nockenabschnitte mit jeweils mindestens einem (Voll-)Nocken und einem Teil- oder Nullnocken auf, von denen jeweils zwei Nockenabschnitte einem Zylinder zugeordnet und zum Bereitstellen phasengleicher Nockenhübe eingerichtet sein können.
Besonders vorteilhaft im Hinblick auf eine zuverlässige und symmetrische
Ventilbetätigung ist ein Nockenstück, bei dem die beiden Kulissenbahnen zwischen den zwei Nockenabschnitten, die einem ersten Zylinder zugeordnet sind, und den zwei Nockenabschnitten, die einem zweiten Zylinder zugeordnet sind, angeordnet sind.
Insbesondere sind die beiden Kulissenbahnen in einem zentralen Bereich des
Nockenstücks angeordnet.
Vorzugsweise ist jeder Kulissenbahn der erfindungsgemäßen Ventiltriebvorrichtung ein Aktuator mit einem Verstellpin zum Eingriff in die jeweilige Kulissenbahn zugeordnet, wobei der Durchmesser der Verstellpins jeweils kleiner ist als 6 mm und bevorzugt kleiner ist als 5 mm. Aufgrund der eine axiale Abbremsung des Nockenstücks
erlaubenden Verläufe der Kulissenbahnen können die Verstellpins aufgrund der geringeren Belastung schmaler ausgebildet werden als bei herkömmlichen
Ventiltriebvorrichtungen mit verstellbaren Doppelnockenstücken, bei denen die
Durchmesser der Verstellpins regemäßig 7 oder mehr Millimeter betragen.
Ferner können erfindungsgemäß die Nockenwellen aufgrund der stabilen, einteiligen Doppelnockenstücke bei einer höheren Drehzahl von 1800 U/min, 2000 U/min oder mehr umgeschaltet werden als Nockenwellen mit herkömmlichen, axial verschieblich zueinander angeordneten Einzelnockenstücken, bei denen die Grenzdrehzahl für eine Umschaltung 1700 U/min oder weniger betragen kann.
Gemäß einem weiteren Gesichtspunkt betrifft die Erfindung ein Nockenstück einer erfindungsgemäßen Ventiltriebvorrichtung.
Die Erfindung wird im Folgenden anhand der Zeichnung näher erläutert. Diese zeigt in Fig. 1 ein Nockenstück einer erfindungsgemäßen Ventiltriebvorrichtung in einer perspektivischen Ansicht,
Fig. 2 eine erfindungsgemäße Ventiltriebvorrichtung in einer Längsschnittansicht,
Fig. 3 einen Blick von oben auf einen Motorblock mit einer erfindungsgemäßen
Ventiltriebvorrichtung,
Fig. 4 eine der Erläuterung dienende Ansicht eines Nockenstücks einer
erfindungsgemäßen Ventiltriebvorrichtung, zusammen mit den beiden Kulissenbahnen in abgewickelter Form (Nutabwicklung),
Figur 1 zeigt in einer perspektivischen Ansicht ein Nockenstück 10 einer
erfindungsgemäßen Ventiltriebvorrichtung 100. Das Nockenstück ist in Form eines Doppelnockenstücks ausgebildet, das zur Betätigung von Ventilen zweier benachbarter Zylinder eingerichtet ist, wobei die dem ersten Zylinder zugeordneten Nocken 12 phasenverschoben zu den dem zweiten Zylinder zugeordneten Nocken 14 von dem Nockenstück 10 vorstehen. Die Phasenverschiebung beträgt bei dem dargestellten Beispiel etwa 90°. Die einzelnen Nocken 12, 14 sind nicht relativ zueinander beweglich; vielmehr ist das Nockenstück 10 einstückig ausgebildet.
Das dargestellte Nockenstück 10 weist insgesamt vier Nockenabschnitte 15 auf, die jeweils einerseits einen Vollnocken und andererseits entweder einen Nullnocken oder einen Teilnocken umfassen. Die dem zweiten Zylinder zugeordneten beiden
Nockenabschnitte weisen jeweils einen Vollnocken 14 und einen Nullnocken 16 auf, so dass zwischen Ventilvollschaltung und Ventilabschaltung umgeschaltet werden kann, und die dem ersten Zylinder zugeordneten beiden Nockenabschnitte 15 weisen jeweils einen Vollnocken 12 und einen Teilnocken 17 auf, so dass zwischen Ventilvollschaltung und Ventilteilschaltung umgeschaltet werden kann.
In Fig. 2 ist die erfindungsgemäße Ventiltriebvorrichtung 10 in einer Längsschnittansicht dargestellt. Dabei ist das in Fig. 1 gezeigte Nockenstück 10 axial verschieblich auf einer Nockengrundwelle 52 angeordnet, wobei die Nockengrundwelle 52 zusammen mit den darauf verschieblich angeordneten Nockenstücken 10 die Nockenwelle 50 bildet. Das Nockenstück 10 weist ferner in einem zentralen Bereich eine Schaltkulisse 20 mit zwei nebeneinander angeordneten Kulissenbahnen 22, 24 auf, wobei die Schaltkulisse 20 zum axialen Verschieben des Nockenstücks 10 auf der Nockengrundwelle 50 vorgesehen ist. Zum Verschieben des Nockenstücks 10 in einer Vorwärtsrichtung V greift ein axial ortsfester Verstellpin 42 eines Aktuators 40 in die erste Kulissenbahn 22 des sich drehenden Nockenstücks 10 ein, wodurch dieses axial geführt und verschoben wird. Zum Verschieben des Nockenstücks 10 in einer Rückwärtsrichtung R greift ein zweiter axial ortsfester Verstellpin eines zweiten Aktuators in die zweite Kulissenbahn 24 des sich drehenden Nockenstücks 10 ein, wodurch dieses axial geführt und in die Gegenrichtung verschoben wird.
Bei dem erfindungsgemäßen Nockenstück 10 sind die beiden Kulissenbahnen 22, 24 axial voneinander beabstandet an dem Nockenstück 10 vorgesehen und weisen keinen gemeinsamen Bahnabschnitt auf. Dadurch kann das erfindungsgemäße Nockenstück trotz seiner gegenüber herkömmlichen Einzelnockenstücken großen Masse im
Anschluss an einen jeweiligen Umschaltvorgang sehr definiert und allmählich axial abgebremst werden. Zu diesem Zweck weist jede der beiden Kulissenbahnen 22, 24 einen in Umfangsrichtung verlaufenden Einspurbereich 32 mit variierender Nuttiefe zum Einspuren des Verstellpins 42, einen sich daran in Umfangsrichtung anschließenden Verstellbereich 34 mit axialer Verlaufskomponente zum Verschieben bzw. zum
Zurückschieben des Nockenstücks 10, einen sich daran in Umfangsrichtung
anschließenden Bremsbereich 36 zum Abbremsen der axialen Bewegungskomponente des Nockenstücks im Anschluss an eine axiale Verschiebung, und einen sich daran in Umfangsrichtung anschließenden Auswerfbereich 38 mit einer Auswerframpe zum Auswerfen des Verstellpins auf. Diese Verläufe der beiden Kulissenbahnen 22, 24 sind besonders deutlich in Fig. 4 erkennbar, die die Kulissenbahnen 22, 24 zum einen in abgewickelter Form zeigt (siehe Fig. 4, Mitte), und die zum anderen das Tiefenprofil 85 der Kulissenbahnen zeigt (siehe Fig. 4, rechts). Wie ferner in Fig. 4 erkennbar ist, haben die beiden Kulissenbahnen 22, 24 in abgewickelter Form im Wesentlichen einen S- förmigen Verlauf. Aufgrund der Funktionstrennung zwischen Hin- und Rückschaltung wird über den gesamten Umschaltvorgang eine enge Führung des Verstellpins ermöglicht.
Bezugszeichen 62 zeigt den Kontaktbereich zwischen der Wand der Kulissenbahn 22 und dem Verstellpin 42 beim Verschieben des Nockenstücks 10, und Bezugszeichen 63 zeigt den Kontaktbereich zwischen der Wand der Kulissenbahn 22 und dem Verstellpin 42 beim axialen Abbremsen des Nockenstücks 10 im Anschluss an die Verschiebung. Im Bremsbereich 36 gehen die axial gekrümmten Wände der Kulissenbahnen allmählich wieder in in Umfangsrichtung verlaufende Wände über, so dass eine definierte
Abbremsung des Nockenstücks 10 möglich ist. Aufgrund dieser allmählichen
Abbremsung können Verstellpins 42 mit einem Durchmesser von nur etwa 4,9 mm und entsprechend schmale Kulissenbahnen 22, 24 verwendet werden, wodurch Material eingespart werden kann und die Nockenstücke vergleichsweise kompakt ausgebildet werden können. Darüber hinaus können die Verstelleinheiten kleiner ausgelegt werden, was geringere Kosten und einen kleineren beanspruchten Bauraum zur Folge hat.
Der Verstellbereich 34 der ersten Kulissenbahn 22 krümmt sich entgegengesetzt zu dem Verstellbereich 34 der zweiten Kulissenban 24, wodurch zum einen eine Verschiebung des Nockenstücks 10 in der Vorwärtsrichtung V und zum anderen eine Verschiebung des Nockenstücks 10 in der Rückwärtsrichtung R ermöglicht ist. Insgesamt verlaufen die Kulissenbahnen 22 und 24 symmetrisch bzgl. einer dazwischen angeordneten radialen Symmetrieebene.
In Fig. 3 ist ein Motorblock mit zwei Nockenwellen 50 dargestellt, die jeweils zwei Nockenstücke 10 aufweisen.
Die erfindungsgemäße Ventiltriebvorrichtung 100 ermöglicht den Einsatz von
Doppelnockenstücken für Schaltdrehzahlen von 2000 U/min oder mehr. Darüber hinaus wird durch die Abbremsung eine Steigerung der Bauteilhaltbarkeit über die Laufzeit und eine wesentlich verbesserte Akustik beim Umschaltvorgang erzielt.
BEZUGSZEICHENLISTE
10 Nockenstück
12, 14 Nocken
15 Nockenabschnitte
16 Nullnocken
17 Nocken
20 Schaltkulisse
22, 24 Kulissenbahnen
32 Einspurbereich
34 Verschiebebereich
36 Bremsbereich
38 Auswerfbereich
40 Aktuator
42 Verstellpin
50 Nockenwelle
52 Nockengrundwelle
62 Kontaktbereich beim Verschieben
63 Kontaktbereich beim Abbremsen
85 Tiefenprofil
V Vorwärtsrichtung
R Rückwärtsrichtung

Claims

A N S P R Ü C H E
1. Ventiltriebvorrichtung, insbesondere eines Kraftfahrzeugs, mit einer Nockenwelle (50) mit einem axial verschieblich auf einer Nockengrundwelle (52) angeordneten Nockenstück (10) mit mindestens zwei Nocken (12, 14), die bei einer Drehung der Nockenwelle (50) phasenverschobene Nockenhübe bereitstellen und verschiedenen Zylindern zugeordnet sind, und einer Schaltkulisse (20) zum axialen Verschieben des Nockenstücks (10), wobei die Schaltkulisse eine erste Kulissenbahn (22) zum axialen Verschieben des Nockenstücks in einer Vorwärtsrichtung (V) und eine zweite Kulissenbahn (24) zum axialen Verschieben des Nockenstücks in einer der Vorwärtsrichtung entgegengerichteten Rückwärtsrichtung (R) aufweist, dadurch gekennzeichnet, dass die erste Kulissenbahn (22) und die zweite Kulissenbahn (24) axial voneinander beabstandet sind und keinen gemeinsamen Bahnabschnitt aufweisen.
2. Ventiltriebvorrichtung nach Anspruch 1 , dadurch gekennzeichnet, dass die Kulissenbahnen (22, 24) jeweils einen im Wesentlichen in Umfangsrichtung verlaufenden Einspurbereich (32), einen eine axiale Verlaufskomponente aufweisenden Verschiebebereich (34) zum axialen Verschieben des Nockenstücks (10) und einen im Wesentlichen in Umfangsrichtung verlaufenden Auswerfbereich (38) aufweisen.
3. Ventiltriebvorrichtung nach Anspruch 2, dadurch gekennzeichnet, dass die Kulissenbahnen jeweils zwischen dem Verschiebebereich (34) und dem Auswerfbereich (38) einen Bremsbereich (36) aufweisen, der einen derart gekrümmten Verlauf hat, dass eine axiale Bewegungskomponente des Nockenstücks beim Durchlaufen eines Verstellpins (42) allmählich abbremsbar ist.
4. Ventiltriebvorrichtung nach Anspruch 2 oder 3, dadurch gekennzeichnet, dass die beiden Kulissenbahnen (22, 24) im Wesentlichen einen symmetrischen Verlauf bzgl. einer mittig zwischen den Kulissenbahnen verlaufenden radialen Symmetrieebene haben.
5. Ventiltriebvorrichtung nach einem der Ansprüche 2 bis 4, dadurch gekennzeichnet, dass der Einspurbereich (32) jeder Kulissenbahn über einen Umfangswinkel von mehr als 10°, bevorzugt mehr als 30°, insbesondere 90° oder mehr axial neben dem Auswerfbereich (38) der jeweiligen Kulissenbahn verläuft.
6. Ventiltriebvorrichtung nach einem der vorhergehenden Ansprüche, dadurch gekennzeichnet, dass die Kulissenbahnen (22, 24) in abgewickelter Form einen im Wesentlichen S-förmigen Verlauf haben.
7. Ventiltriebvorrichtung nach einem der vorhergehenden Ansprüche, dadurch gekennzeichnet, dass die Nockenhübe der verschiedenen Zylindern zugeordneten Nocken (12, 14) in Umfangsrichtung um mehr als 30° und weniger als 180° zueinander versetzt sind, insbesondere um etwa 90° zueinander versetzt sind.
8. Ventiltriebvorrichtung nach einem der vorhergehenden Ansprüche, dadurch gekennzeichnet, dass das Nockenstück (10) mindestens vier axial starr zueinander angeordnete Nockenabschnitte (15) mit jeweils mindestens einem Nocken (14) und einem Nullnocken (16) oder zwei oder mehr Nocken (12, 17) aufweist, von denen jeweils zwei Nockenabschnitte einem Zylinder zugeordnet und zum Bereitstellen phasengleicher Nockenhübe eingerichtet sind.
9. Ventiltriebvorrichtung nach Anspruch 8, dadurch gekennzeichnet, dass die beiden Kulissenbahnen (22, 24) zwischen den zwei Nockenabschnitten, die einem ersten Zylinder zugeordnet sind, und den zwei Nockenabschnitten, die einem zweiten Zylinder zugeordnet sind, und insbesondere in einem zentralen Bereich des Nockenstücks (10) angeordnet sind.
10. Ventiltriebvorrichtung nach einem der vorhergehenden Ansprüche, dadurch gekennzeichnet, dass jeder Kulissenbahn (22, 24) ein Aktuator (40) mit einem Verstellpin (42) zum Eingriff in die jeweilige Kulissenbahn zugeordnet ist, wobei der Durchmesser der Verstellpins jeweils kleiner ist als 6 mm und bevorzugt kleiner ist als 5 mm.
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