EP3434871A1 - Schiebenockensystem - Google Patents

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EP3434871A1
EP3434871A1 EP18181090.4A EP18181090A EP3434871A1 EP 3434871 A1 EP3434871 A1 EP 3434871A1 EP 18181090 A EP18181090 A EP 18181090A EP 3434871 A1 EP3434871 A1 EP 3434871A1
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EP
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actuator
cam carrier
cam
camshaft
shift gate
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EP18181090.4A
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Steffen Hirschmann
Jens Dietrich
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MAN Truck and Bus SE
Original Assignee
MAN Truck and Bus SE
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    • F01L2305/00—Valve arrangements comprising rollers

Definitions

  • the invention relates to a sliding cam system for an internal combustion engine.
  • Valve-controlled internal combustion engines have one or more controllable intake and exhaust valves per cylinder.
  • Variable valve trains allow flexible control of the valves to change the opening time, closing time and / or valve lift.
  • the engine operation can be adapted, for example, to a specific load situation.
  • a variable valve train can be realized by a so-called sliding cam system.
  • a sliding cam with at least one, several cam tracks having cam portion rotatably but axially displaceably mounted on the camshaft having a Hubkontur, in which an actuator is introduced in the form of a pin from radially outside to produce an axial displacement of the sliding cam. Due to the axial displacement of the sliding cam, a different valve lift is set in the respective gas exchange valve.
  • the sliding cam is characterized by the axial displacement thereof relative to the camshaft characterized in its axial relative position on the camshaft rastiert that depending on the axial relative position at least one spring-loaded detent ball which is received and stored in the camshaft engages in at least one locking groove.
  • the sliding cam system can take up a considerable amount of space.
  • an arrangement of the actuators for moving a cam carrier (sliding cam) can be a challenge in tight spaces.
  • the actuators are attached to a frame connected to the cylinder head or cylinder head cover.
  • an internal combustion engine having a plurality of cylinders, a cylinder head, and a cylinder head cover is known.
  • at least one rotatably mounted camshaft with at least one axially displaceable on the respective camshaft sliding cam is provided.
  • the respective sliding cam has at least one slotted section with at least one groove.
  • an actuator is provided. The actuator is mounted in the cylinder head or in the cylinder head cover.
  • the invention is based on the object to provide an improved or alternative sliding cam system, which in particular has a space-optimized structure.
  • the sliding cam system for an internal combustion engine has a camshaft.
  • the sliding cam system has a cam carrier, which is arranged rotationally fixed and axially displaceable on the camshaft.
  • the cam carrier has a first shift gate.
  • the cam carrier also has a second shift gate.
  • the sliding cam system has a first actuator with a displaceable along a longitudinal axis of the camshaft element (for example, extendable and retractable element).
  • the element is designed in particular as a pin.
  • the element is for axially displacing the cam carrier in a first direction in contact with the first Druckkulisse brought.
  • the sliding cam system preferably additionally has a second actuator with a displaceable along the longitudinal axis of the camshaft element (for example, extendable and retractable element).
  • the element is designed in particular as a pin.
  • the element is for axially displacing the cam carrier in a second direction, which is opposite to the first direction, brought into contact with the second shift gate.
  • one or more axially acting actuators allows a space-optimized arrangement of the actuators over systems with radially acting actuators.
  • the axially acting actuators can be integrated in existing structures along the camshaft.
  • this actuator can, for example, be formed double-acting.
  • the actuator can, for example, move the cam carrier in a first direction counter to a resilient biasing element.
  • the actuator may allow displacement of the cam carrier by the resilient biasing member by retracting the slidable member.
  • another mechanism which, in combination with only one actuator, allows axial displacement of the cam carrier between a first axial position and a second axial position.
  • the first actuator can move the cam carrier from a second axial position to a first axial position.
  • the second actuator can move the cam carrier from a first axial position to a second axial position.
  • a first cam of the cam carrier can be in operative connection with at least one gas exchange valve.
  • a second cam of the cam carrier can be in operative connection with the at least one gas exchange valve.
  • the first actuator is accommodated in or on a first bearing block which rotatably supports the camshaft.
  • the second actuator is received in or on a second bearing block, which rotatably supports the camshaft.
  • the actuators need no separate space. Instead, the actuators can be integrated directly into anyway existing bearing blocks of the camshaft without additional space.
  • first actuator may be attached to the first bearing block and / or the second actuator may be fastened to the second bearing block.
  • a supply of hydraulic fluid to the first actuator and / or the second actuator can be performed via the bearing blocks.
  • no additional space is needed for the hydraulic lines.
  • an electric line and / or a pneumatic line for the first actuator and / or the second actuator may be provided in or on the first and / or second bearing block.
  • the first shift gate and / or the second shift gate is step-shaped.
  • the step-shaped design of the shift gate, a contact by the sliding elements allow the actuators in a simple manner.
  • the displaceable elements of the actuators can press against a shoulder of the respective, step-shaped shift gate when the cam carrier is to be moved.
  • first shift gate are arranged at a first end of the cam carrier and the second shift gate at an opposite second end of the cam carrier. In this way, a travel of the displaceable elements can be minimized.
  • the actuators can be arranged directly next to the ends of the cam carrier.
  • the first shift gate has an actuator contact surface extending in a circumferential direction about the longitudinal axis of the camshaft.
  • the second shift gate on an actuator contact surface which extends in a circumferential direction about the longitudinal axis of the camshaft. Via a contact between the displaceable elements of the actuators and the corresponding actuator contact surfaces, a displacement of the cam carrier can be realized.
  • a damping of the displacement of the cam carrier can be realized via contact with the corresponding actuator contact surfaces.
  • the actuator contact surface of the first shift gate on a first ramp and a second ramp.
  • the first ramp of the actuator contact surface of the first shift gate increases a distance between the first actuator and the actuator contact surface of the first shift gate with respect to a direction of rotation of the camshaft.
  • the second ramp of the actuator contact surface of the first shift gate reduces a distance between the first actuator and the actuator contact surface of the first shift gate with respect to a direction of rotation of the camshaft.
  • the actuator contact surface of the second shift gate has a first ramp and a second ramp.
  • the first ramp of the actuator contact surface of the second shift gate increases a distance between the second actuator and the actuator contact surface of the second shift gate with respect to a direction of rotation of the camshaft.
  • the second ramp of the actuator contact surface of the second shift gate reduces a distance between the second actuator and the actuator contact surface of the second shift gate with respect to a direction of rotation of the camshaft.
  • the ramps allow a sliding movement of the cam carrier by contact with the displaceable elements. For example, if the displaceable element of the first actuator contacts the second ramp of the actuator contact surface of the first shift gate, the cam carrier is displaced in the first direction while the cam carrier rotates together with the camshaft. On the other hand contacts the displaceable element of the second actuator, the second ramp of the actuator contact surface of the second shift gate, the cam carrier is displaced in the second direction, while the cam carrier rotates together with the camshaft.
  • first and second ramps of the first and second shift gate can be arranged so that a displacement of the cam carrier is made possible only within a base circle region of the cam of the cam carrier.
  • the first actuator and / or the second actuator is hydraulically, electrically and / or pneumatically actuated.
  • an axial displacement of the cam carrier is damped hydraulically and / or via an elastic element.
  • the damping can allow a locking (axial securing) of the cam carrier.
  • the sliding cam system includes a first resilient member that biases the cam carrier in the second direction.
  • the sliding cam system has a second elastic element that biases the cam carrier in the first direction.
  • the elastic elements allow damping of the sliding movement of the cam carrier. If the cam carrier is displaced, for example, by the first actuator in the first direction, the first elastic element can dampen the displacement movement of the cam carrier.
  • the first elastic element supports the cam carrier on a bearing block for rotatably supporting the camshaft and is rotatably mounted about the longitudinal axis of the camshaft with respect to the bearing block or the cam carrier.
  • the second elastic member supports the cam carrier on a bearing block for rotatably supporting the camshaft and is rotatably supported about the longitudinal axis of the camshaft with respect to the bearing block or the cam carrier.
  • the already existing bearing blocks of the camshaft can thus be used to support the elastic elements for damping the displacement movement of the cam carrier.
  • the rotatable mounting of the elastic members is provided to prevent grinding of the elastic members on the cam carrier or bearing block, since the elastic members in the embodiment either rotate with the cam carrier or are fixed to the bearing block.
  • the shift cam system includes a first hydraulic damping cylinder arranged to damp an axial displacement of the cam carrier in the first direction.
  • the sliding cam system includes a second hydraulic damping cylinder arranged to damp an axial displacement of the cam carrier in the second direction.
  • the sliding cam system further comprises a first throttle, which is arranged downstream of the first hydraulic damping cylinder, and / or a second throttle, which is arranged downstream of the second hydraulic damping cylinder.
  • a resistor for hydraulic fluid flowing out of the hydraulic damping cylinders can be built up via the throttles, as a result of which a desired damping can be achieved.
  • the second actuator dampens an axial displacement of the cam carrier when the first actuator axially displaces the cam carrier in the first direction.
  • the first actuator dampens an axial displacement of the cam carrier when the second actuator axially displaces the cam carrier in the second direction.
  • the damping functionality can be integrated directly into the actuators.
  • the second actuator attenuates an axial displacement of the cam carrier hydraulically and / or via an elastic element of the second actuator.
  • the first actuator damps an axial displacement of the cam carrier hydraulically and / or via an elastic element of the first actuator.
  • the invention also relates to a variable valve train for an internal combustion engine.
  • the variable valve train has a sliding cam system as disclosed herein.
  • the variable valve train has at least one gas exchange valve and a power transmission device (for example, plunger, rocker arm or drag lever).
  • the power transmission device selectively engages a first cam of the cam carrier in operative connection with the at least one gas exchange valve or a second cam of the cam carrier in operative connection with the at least one gas exchange valve.
  • the invention also relates to a motor vehicle, particularly a commercial vehicle, having a sliding cam system as disclosed herein or a variable valve train as disclosed herein.
  • the commercial vehicle may be, for example, a bus or a truck.
  • the FIG. 1 shows a variable valve train 10.
  • the variable valve train 10 may for example be part of an internal combustion engine of a commercial vehicle, in particular a truck or a bus.
  • the variable valve train 10 has a first gas exchange valve 12, a second gas exchange valve 14, a sliding cam system 16, a power transmission device 18, a first bearing block (bearing body) 20 and a second bearing block (bearing body) 22.
  • the variable valve train 10 is used to adjust a control of the gas exchange valves 12, 14. In particular, an opening time, a closing time and / or a valve lift of the gas exchange valves 12, 14 can be adjusted.
  • the gas exchange valves 12, 14 may be intake valves or exhaust valves.
  • the bearing blocks 20, 22 store a camshaft 24 rotatably.
  • the rocker shaft 42 is fixed to the bearing blocks 20, 22.
  • the bearing blocks 20, 22 may for example be attached to a mounting frame or a cylinder head of the internal combustion engine.
  • the camshaft 24 and the rocker shaft 42 may for example be stored separately from each other.
  • the sliding cam system 16 has the camshaft 24, a cam carrier 26, a first actuator 28 and a second actuator 30.
  • the cam carrier 26 is rotatably and axially displaceably arranged on the camshaft 24.
  • the cam carrier 26 has a first cam 32, a second cam 34, a first shift gate 36 and a second shift gate 38.
  • the first cam 32 and the second cam 34 are disposed adjacent to each other.
  • the first cam 32 and the second cam 34 have different cam contours.
  • the first cam 32 and the second cam 34 are provided in a central area of the cam carrier 26.
  • the power transmission device 18 establishes an operative connection between the first cam 32 and the gas exchange valves 12, 14 or between the second cam 34 and the gas exchange valves 12, 14.
  • the power transmission device 18 has a rocker arm 40 and a rocker shaft 42.
  • the rocker arm 40 follows a cam follower 44, depending on the axial position of the cam carrier 26, a cam contour of the first cam 32 or the second cam 34.
  • the cam follower 44 is formed as a rotatably mounted roller.
  • the rocker arm 40 is rotatably supported about the rocker shaft 42.
  • the power transmission device 18, for example have a drag lever or plunger.
  • the cam carrier 26 in a first axial position.
  • the power transmission device 18 establishes an operative connection between the first cam 32 and the gas exchange valves 12, 14.
  • the cam carrier 26 can be moved to a second axial position (to the left in FIG FIG. 1 ) are moved.
  • the power transmission device 18 sets the second cam 34 in operative connection with the gas exchange valves 12, 14.
  • the cam carrier (sliding cam) 26 can along the axial direction of the camshaft 24 by cooperation of the first actuator 28, the second actuator 30, the first shift gate 36th and the second shift gate 38 are moved.
  • the first actuator 28 is received and fixed in the first bearing block 20.
  • the second actuator 30 is received and fixed in the second bearing block 22.
  • the attachment and Inclusion of the actuators 28, 30 in the bearing blocks 20, 22 is favorable for space reasons. There is no need to provide a separate installation space for the actuators 28, 30.
  • the first shift gate 36 and the second shift gate 38 are arranged at opposite axial ends of the cam carrier 26.
  • the first shift gate 36 cooperates with the first actuator 28 for shifting the cam carrier 26 from the second axial position to the first axial position.
  • the cam carrier 26 is displaceable by the first actuator 28 and the first shift gate 36 in a first direction.
  • the second shift gate 38 cooperates with the second actuator 30 for displacing the cam carrier 26 from the first axial position to the second axial position.
  • the cam carrier 26 is displaceable by the second actuator 30 and the second shift gate 38 in a second direction.
  • the second direction is directed opposite to the first direction.
  • the first and second directions extend parallel to a longitudinal axis of the camshaft 24.
  • Each actuator 28, 30 has a slidable pin (pin) 46, 48.
  • the pin 46 of the first actuator 28 is in FIG. 1 obscured by the first bearing block 20.
  • the pins 46, 48 are slidable in an axial direction of the camshaft 24.
  • other displaceable elements can be used to move the cam carrier 26.
  • the first shift gate 36 and the second shift gate 38 are step-shaped.
  • the shift gate 36, 38 each have an actuator contact surface 50, 52.
  • the actuator contact surfaces 50, 52 extend in a circumferential direction about the longitudinal axis of the camshaft 24.
  • the actuator contact surface 50 has a first ramp 50A and a second ramp 50B.
  • the first ramp 50A increases a distance between the first actuator 28 and the actuator contact surface 50 with respect to a rotational direction of the camshaft 24.
  • the second ramp 50B decreases a distance between the first actuator 28 and the actuator contact surface 50 with respect to a rotational direction of the camshaft 24.
  • the actuator contact surface 52 has a first ramp 52A and a second ramp 52B.
  • the first ramp 52A increases a distance between the second actuator 30 and the actuator contact surface 52 with respect to a rotational direction of the camshaft 24.
  • the second ramp 52B decreases a distance between the second actuator 30 and the actuator contact surface 52 with respect to a rotational direction of the camshaft 24.
  • the actuator contact surfaces 50, 52 extend helically in a direction with respect to a direction of rotation of the camshaft 24.
  • the actuator contact surfaces 50, 52 extend helically (helically) in the opposite direction with respect to a direction of rotation of the camshaft 24.
  • the pin 46 of the first actuator 28 is extended.
  • the pin 46 of the first actuator 28 is extended so that the pin 46 is fully extended when the cam carrier 26 reaches a rotational position in which a beginning of the second ramp 50 B passes the pin 46 by rotation of the camshaft 24.
  • the pin 46 may be extended while passing the first ramp 50A through the pin 46 due to the rotation of the camshaft 24. Due to the ramp 50B, the extended pin 46 pushes the cam carrier 26 from the second axial position to the first axial position.
  • cam carrier 26 The displacement of cam carrier 26 from the first axial position to the second axial position is analogous to pin 48 of second actuator 30. Due to ramp 52B of actuator contact surface 52, extended pin 48 pushes cam carrier 26 into the second axial position.
  • the sliding cam system 16 may additionally include a locking device (not shown).
  • the locking device may be configured to axially secure the cam carrier 26 in the first axial position and the second axial position.
  • the locking device for example, have an elastically biased locking body.
  • the blocking body can engage in a first recess of the cam carrier in the first axial position of the cam carrier 26 and engage in a second recess of the cam carrier 26 in the second axial position of the cam carrier 26.
  • the locking device may be provided for example in the camshaft 24.
  • the actuators 28 and 30 may be, for example, hydraulically actuated actuators. In the following description, exemplary embodiments of hydraulic systems for actuating the actuators 28 and 30 are described.
  • the FIG. 2 shows a hydraulic system 53.
  • the hydraulic system 53 has a main hydraulic line 54, a first connecting line 56 and a second connecting line 58.
  • the first actuator 28 is connected to the main hydraulic line 54 via the first connection line 56.
  • the second actuator 30 is connected to the main hydraulic line 54 via the second connecting line 58.
  • a first electrically operated 2-way valve 60, a first mechanically operated 2-way valve 62 and a first control valve 64 are in the first connection line 58 for controlling an inflow of hydraulic fluid to the first actuator 28th arranged.
  • a second electrically operated 2-way valve 66, a second mechanically operated 2-way valve 68 and a second control valve 70 are arranged in the second connection line 58 for controlling an inflow of hydraulic fluid to the second actuator 30.
  • the first electrically operated 2-way valve 60 establishes a fluid connection between the main hydraulic line 54 and the first mechanically actuated 2-way valve 62 .
  • the first mechanically operated 2-way valve 62 can be ensured, for example, that only within a common cam base circle of the cam 32, 34 (see FIG. 1 ) is switched.
  • the mechanically actuated 2-way valve 62 establishes a fluid connection between the main hydraulic line 54 and the first actuator 28 via the released, first electrically operated 2-way valve 60.
  • the hydraulic fluid passes through the first control valve 64 and causes the pin 46 of the first actuator 28 to extend.
  • the pin 46 of the first actuator 28 contacts the actuator contact surface 50 of the first shift gate 36 and displaces the cam carrier 26 into the first axial position.
  • the cam carrier 26 rotates in a circumferential direction about the longitudinal axis of the camshaft 24 (see FIG. 1 ).
  • the first control valve 64 is designed as a controllable check valve. The first control valve 64 prevents backflow of the hydraulic fluid from the first actuator 28 as long as a control pressure from the first connection line 56 is applied. From the first actuator 28 effluent hydraulic fluid can be discharged, for example, in a hydraulic fluid chamber, not shown, of the internal combustion engine.
  • the hydraulic fluid space may be, for example, an oil chamber of the internal combustion engine.
  • the second mechanically operated 2-way valve 68 can establish a fluid connection between the second actuator 30 and the main hydraulic line 54.
  • the pin 48 of the second actuator 30 extends, contacts the actuator contact surfaces 52, and shifts the cam carrier 26 to the second axial position as the cam carrier 26 rotates.
  • elastic elements 72, 74 for example springs
  • the elastic elements 72, 74 support the cam carrier 26 on the first bearing block 20 and the second bearing block 22.
  • the elastic elements 72, 74 for example via ball bearings rotatably mounted on the corresponding bearing block 20, 22 stored.
  • the elastic elements 72, 74 could also be attached to the bearing blocks 20, 22 and, for example, rotatably connected to the cam carrier 26 via ball bearings.
  • FIG. 2 is additionally symbolic with reference to FIG. 1 described latching device for the cam carrier 26 with a reference numeral 76.
  • the FIG. 3 shows another hydraulic system 78.
  • the hydraulic system 78 differs from the hydraulic system 53 of FIG. 2 in particular in the damping of the axial displacement of the cam carrier 26.
  • the hydraulic system 78 has for damping the axial displacement of the cam carrier 26, a first damping cylinder 80 and a second damping cylinder 82.
  • a piston of the first damping cylinder 80 extends when the pin 46 of the first actuator 28 extends. If the cam carrier 26 finally contacts the piston of the first damping cylinder 80 during the axial displacement relative to the first axial position, then the piston of the first damping cylinder 80 is inserted. In this case, hydraulic fluid is expelled from the first damping cylinder 80. The hydraulic fluid is conducted via a first throttle 84 to a hydraulic fluid chamber of the internal combustion engine. By pushing out the hydraulic fluid, the axial movement of the cam carrier 26 is damped.
  • a piston of the second damping cylinder 82 extends when the pin 48 of the second actuator 30 extends. From the second damping cylinder 82 hydraulic fluid is ejected when the piston of the second damping cylinder 82 is inserted through the cam carrier 26. The ejected hydraulic fluid passes through the second throttle 86 and reaches the hydraulic fluid space of the internal combustion engine.
  • a first check valve 88 prevents the hydraulic fluid from being directed from the first damper cylinder 80 to the first actuator 28.
  • a second check valve 90 prevents hydraulic fluid ejected from the second damper cylinder 82 from being directed to the second actuator 30.
  • the first damping cylinder 80 dampens an axial displacement of the cam carrier 26 to the second axial position.
  • the second damping cylinder 82 dampens an axial displacement of the cam carrier 26 to the first axial position.
  • the chokes 84, 86 provide a resistance for the hydraulic fluid flowing out of the respective damping cylinders 80, 82, so that a desired damping is made possible.
  • FIG. 4 shows another hydraulic system 92.
  • the hydraulic system 92 differs from the hydraulic system 78 of FIG. 3 in particular, that no separate damping cylinder are provided.
  • the damping of the axial displacement of the cam carrier 26 is instead performed by the actuators 28, 30 itself.
  • the hydraulic system 92 has a first mechanically operated 4-way valve 94 and a second mechanically operated 4-way valve 96.
  • the first mechanically operated 4-way valve 94 is driven by the first electrically operated 2-way valve 60.
  • the second mechanically operated 4-way valve 96 is driven by the second electrically operated 2-way valve 66.
  • the hydraulic system 92 has a third electrically operated 2-way valve 98 and a fourth electrically operated 2-way valve 100.
  • the first mechanically operated 4-way valve 94 is driven by the first electrically operated 2-way valve 60.
  • the first mechanically actuated 4-way valve 94 establishes a fluid connection between the main hydraulic line 54 and the first actuator 28.
  • the pin 46 of the first actuator 28 extends.
  • the cam carrier 26 is displaced in a direction toward the first axial position.
  • the third electrically operated 2-way valve 98 establishes a fluid connection between the second actuator 30 and the main hydraulic line 54.
  • the extended pin 48 of the second actuator 30 contacts the cam carrier 26 while the cam carrier 26 moves to the first axial position.
  • the pin 48 is inserted into the second actuator 30.
  • Hydraulic fluid is expelled from the second actuator 30.
  • the ejected hydraulic fluid passes via the correspondingly set second mechanically operated 4-way valve 96 via the first throttle 84 to the hydraulic fluid chamber of the internal combustion engine. When pushing out the hydraulic fluid, the displacement movement of the cam carrier 26 is damped.
  • the cam carrier 26 may be translated to the second axial position by the second actuator 30.
  • the displacement movement of the cam carrier 26 can then be damped by the first actuator 28.
  • the fourth electrically operated 2-way valve 100 and the first mechanically operated 4-way valve 94 are switched accordingly.
  • the first check valve 88 prevents the hydraulic fluid from flowing back to the fourth electrically operated 2-way valve 100.
  • the second check valve 90 prevents hydraulic fluid ejected from the second actuator 30 from being directed to the third electrically operated 2-way valve 98.
  • FIG. 5 shows another hydraulic system 102.
  • the hydraulic system 102 is different from the hydraulic system 92 of FIG. 4 in particular, that a common throttle 104 instead of two separate throttles 84, 86 is provided.
  • the valves 94, 96 have other neutral positions than in FIG. 4 on.
  • FIGS. 6 to 18 show another hydraulic system 106 with an exemplary configuration for the first actuator 28 and the second actuator 30
  • FIGS. 6 to 15 show the sequence of a displacement of the cam carrier 26 by the first actuator 28 to the first axial position, while the cam carrier 26 together with the camshaft 24 (see FIG. 1 ) turns.
  • the hydraulic system 106 has a first electrically operated 2-way valve 108 and a second electrically operated 2-way valve 110.
  • the hydraulic system 106 includes a first check valve 112 and a second check valve 114, and a first check valve 116 and a second check valve 118.
  • the hydraulic system 106 has the first throttle 84 and the second throttle 86.
  • the first actuator 28 has a displaceable piston 120, a first displaceable sleeve 122, a second displaceable sleeve 124, a first elastic element 126, a second elastic element 128 and a third elastic element 130.
  • the first elastic member 126 biases the piston 120 in a direction opposite to the pin 46.
  • the second elastic member 128 supports the pin 46 against the first one Sleeve 124 from.
  • the third elastic member 130 biases the second sleeve 124 in a direction toward the piston 120.
  • An axial movement of the pin 46 during extension of the pin 46 is limited by the second sleeve 124.
  • the pin 46 is guided in the sleeves 122, 124.
  • the second actuator 30 is constructed identically to the first actuator 28, having a piston 132, a first sleeve 134, a second sleeve 136, a first elastic element 138, a second elastic element 140 and a third elastic element 142.
  • FIG. 6 shows the first actuator 28 and the second actuator 30 in a non-actuated state.
  • the pins 46 and 48 are retracted.
  • the first and second electrically operated 2-way valves 108, 110 are switched so that hydraulic fluid from the first actuator 28 and the second actuator 30 is passed to a hydraulic fluid chamber of the internal combustion engine.
  • FIG. 7 shows the first actuator 28 at the beginning of an actuation.
  • the first electrically operated 2-way valve 108 allows hydraulic fluid to pass from a source of hydraulic fluid.
  • the hydraulic fluid is directed into a control fluid space for displacing the first sleeve 122.
  • FIG. 8 FIG. 12 shows that the hydraulic fluid directed into the control fluid space to displace the first sleeve 122 has displaced the first sleeve 122, together with the second sleeve 124 and the pin 46, toward the actuator contact surface 50.
  • the first sleeve 122, the second sleeve 124 and the pin 46 have shifted against the biasing force of the third elastic member 130.
  • the third elastic member 130 is compressed.
  • the pin 46 contacts the actuator contact surface 50 in a region in which the actuator contact surface 50 has the greatest distance from the first actuator 28.
  • a hydraulic channel of the second sleeve 124 is aligned with a hydraulic channel of the pin 46.
  • the hydraulic passage of the second sleeve 124 and the hydraulic passage of the pin 46 provide fluid communication between the hydraulic fluid source and a control fluid space for displacing the piston 120. Hydraulic fluid flows through the hydraulic passages of the second sleeve 124 and pin 46 to the control fluid space for displacing the piston 120.
  • FIG. 9 shows that the hydraulic fluid conducted into the control fluid space for displacing the first piston 120 has displaced the piston 120 in a direction toward the actuator contact surface 50.
  • the piston 120 has shifted against the biasing force of the first elastic member 126.
  • the piston 120 contacts the pin 46 to lock it.
  • FIGS. 10 and 11 show that the pin 46 finally comes into engagement with the second ramp 50B by rotation of the cam carrier 26.
  • the pin 46 latched by the piston 120 pushes the cam carrier 26 in a direction toward the second actuator 30.
  • FIG. 12 shows that the cam carrier 26 touches the pin 48 via the actuator contact surface 52 at the end of the displacement movement caused by the first actuator 28.
  • the pin 48 displaces the pin 48 against the biasing force of the second elastic member 140 toward the piston 132 of the second actuator 30. As a result, a displacement movement of the cam carrier 26 is damped.
  • FIG. 13 shows that the biasing force of the second elastic member 140 has moved the pin 48 back to its original position.
  • the cam carrier 26 was thereby displaced slightly in the direction of the first actuator 28.
  • the cam carrier 26 is now located centrally between the first actuator 28 and the second actuator 30.
  • the locking device 76 (cf., for example FIGS. 2 to 5 ) the cam carrier 26 axially on the camshaft 24 (see FIG. 1 ) to back up.
  • the FIG. 14 shows that the first electrically operated 2-way valve 108 has been switched.
  • the first electrically operated 2-way valve 108 establishes a fluid connection between the first actuator 28 and a hydraulic fluid chamber of the internal combustion engine via the first throttle 86.
  • the hydraulic fluid from the control chamber for displacing the piston 120 flows back through the hydraulic passages of the second sleeve 124 and the pin 46 toward the first electrically operated 2-way valve 108.
  • the hydraulic fluid flows out of the control chamber to move the piston 120 over the first Control valve 112 toward the first electrically operated 2-way valve 108.
  • hydraulic fluid flows from the control chamber for moving the first sleeve 128 toward the first electrically operated 2-way valve 108th
  • FIG. 15 shows that due to the outflow of the hydraulic fluid, the piston 120 has shifted in a direction opposite to the second actuator 30 according to the biasing force of the first elastic member 126.
  • the first sleeve 122, the second sleeve 124, and the pin 46 have moved in common opposite to the second actuator 30 according to the biasing force of the third elastic member 130.
  • the pin 46 is retracted.
  • the cam carrier 26 can be displaced back to the second axial position by actuation of the second actuator 30.
  • the functioning of the second actuator 30 for moving is identical to that of the first actuator 28 when moving into the first axial position.
  • the operation of the first actuator 28 for damping the sliding movement is also identical to that of the second actuator 30 when damping the displacement in the first axial position.
  • FIG. 16 shows similar to FIG. 6 the first actuator 28 and the second actuator 30 in a non-actuated state.
  • the pins 46 and 48 are retracted.
  • the first and second electrically operated 2-way valves 108, 110 are switched so that hydraulic fluid from the first actuator 28 and the second actuator 30 is passed to a hydraulic fluid chamber of the internal combustion engine.
  • FIG. 17 shows the first actuator 28 at the beginning of an actuation.
  • the first electrically operated 2-way valve 108 allows hydraulic fluid to pass from a source of hydraulic fluid.
  • the hydraulic fluid is directed into a control fluid space for displacing the first sleeve 122.
  • the pin 46 is already in contact with the actuator contact surface 50. That is, the pin 46 contacts the actuator contact surface 50 in a region in which the actuator contact surface 50 has the smallest distance from the first actuator 28.
  • FIG. 18 shows that the hydraulic fluid conducted into the control fluid space for displacing the first sleeve 122 has displaced the first sleeve 122 together with the second sleeve 124 toward the actuator contact surface 50.
  • the pin 46 has not moved with the first sleeve 122 and the second sleeve 124 toward the actuator contact surface 50 since the pin 46 has already been in contact with the actuator contact surface 50.
  • the relative displacement between the first sleeve 122 and the pin 46 results in compression of the second resilient member 128.
  • the hydraulic channels of the pin 46 and the second sleeve 124 are not aligned with each other. As a result, no fluid connection between the first electrically operated 2-way valve 108 and the control chamber for moving the piston 120 is produced.
  • the pin 46 will not extend until in contact with the first ramp 50A (see FIG. 1 ) and the area of the actuator contact surface 50, in which the actuator contact surface 50 has the greatest distance from the first actuator 28, passes. This can ensure that an axial displacement of the cam carrier 26 takes place only in the region of the base circle.

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Abstract

Die Erfindung betrifft ein Schiebenockensystem (16) für eine Brennkraftmaschine. Das Schiebenockensystem (16) weist eine Nockenwelle (24) und einen Nockenträger (26), der drehfest und axial verschiebbar auf der Nockenwelle (24) angeordnet ist, auf. Der Nockenträger (26) weist eine erste Schaltkulisse (36) und, vorzugsweise, eine zweite Schaltkulisse (38) auf. Das Schiebenockensystem (16) weist einen ersten Aktor (28) mit einem entlang einer Längsachse der Nockenwelle (24) verschiebbaren Element (46), insbesondere Stift, das zum axialen Verschieben des Nockenträgers (26) in einer ersten Richtung in Kontakt mit der ersten Schaltkulisse (36) bringbar ist, auf. Das Schiebenockensystem (16) weist vorzugsweise einen zweiten Aktor (30) mit einem entlang der Längsachse der Nockenwelle (24) verschiebbaren Element (48), insbesondere Stift, das zum axialen Verschieben des Nockenträgers (26) in einer zweiten Richtung, die der ersten Richtung entgegensetzt ist, in Kontakt mit der zweiten Schaltkulisse (38) bringbar ist, auf.

Description

  • Die Erfindung betrifft ein Schiebenockensystem für eine Brennkraftmaschine.
  • Ventilgesteuerte Brennkraftmaschinen weisen eines oder mehrere steuerbare Ein- und Auslassventile je Zylinder auf. Variable Ventiltriebe ermöglichen ein flexibles Ansteuern der Ventile zum Verändern der Öffnungszeit, Schließzeit und/oder des Ventilhubs. Dadurch kann der Motorbetrieb beispielsweise an eine spezifische Lastsituation angepasst werden. Beispielsweise kann ein variabler Ventiltrieb durch ein sogenanntes Schiebenockensystem realisiert werden.
  • Aus der DE 196 11 641 C1 ist ein Beispiel für ein solches Schiebenockensystem bekannt, mit dem die Betätigung eines Gaswechselventils mit mehreren unterschiedlichen Hubkurven ermöglicht wird. Hierzu ist auf der Nockenwelle ein Schiebenocken mit mindestens einem, mehrere Nockenbahnen aufweisenden Nockenabschnitt drehfest aber axial verschieblich gelagert, der eine Hubkontur aufweist, in die ein Aktuator in Form eines Stifts von radial außen zur Erzeugung einer axialen Verschiebung des Schiebenockens eingeführt wird. Durch die axiale Verschiebung des Schiebenockens wird beim jeweiligen Gaswechselventil ein unterschiedlicher Ventilhub eingestellt. Der Schiebenocken wird nach der axialen Verschiebung desselben relativ zur Nockenwellen dadurch in seiner axialen Relativposition auf der Nockenwelle rastiert, dass abhängig von der axialen Relativposition mindestens eine federbeaufschlagte Rastkugel, die in der Nockenwelle aufgenommen und gelagert ist, in mindestens eine Rastnut eingreift.
  • Das Schiebenockensystem kann einen erheblichen Bauraum einnehmen. Insbesondere eine Anordnung der Aktoren zum Verschieben eines Nockenträgers (Schiebenockens) kann bei engen Platzverhältnissen eine Herausforderung darstellen. Typischerweise werden die Aktoren an einem mit dem Zylinderkopf oder Zylinderkopfdeckel verbundenen Rahmen befestigt.
  • Aus der DE 10 2011 050 484 A1 ist eine Brennkraftmaschine mit mehreren Zylindern, einem Zylinderkopf und einem Zylinderkopfdeckel bekannt. Zur Betätigung von Gaswechselventilen ist mindestens eine drehbar gelagerte Nockenwelle mit mindestens einem auf der jeweiligen Nockenwelle axial verschiebbaren Schiebenocken vorgesehen. Der jeweilige Schiebenocken weist mindestens einen Kulissenabschnitt mit mindestens einer Nut auf. Zur Bewirkung einer axialen Verschiebung des jeweiligen Schiebenockens ist ein Aktuator vorgesehen. Der Aktuator ist im Zylinderkopf oder im Zylinderkopfdeckel gelagert.
  • Der Erfindung liegt die Aufgabe zu Grunde, ein verbessertes oder alternatives Schiebenockensystem vorzusehen, das insbesondere einen bauraumoptimierten Aufbau aufweist.
  • Die Aufgabe wird gelöst durch ein Schiebenockensystem gemäß dem unabhängigen Anspruch. Vorteilhafte Weiterbildungen sind in den abhängigen Ansprüchen und der Beschreibung angegeben.
  • Das Schiebenockensystem für eine Brennkraftmaschine weist eine Nockenwelle auf. Das Schiebenockensystem weist einen Nockenträger auf, der drehfest und axial verschiebbar auf der Nockenwelle angeordnet ist. Der Nockenträger weist eine erste Schaltkulisse auf. Vorzuzugsweise weist der Nockenträger auch eine zweite Schaltkulisse auf. Das Schiebenockensystem weist einen ersten Aktor mit einem entlang einer Längsachse der Nockenwelle verschiebbaren Element (zum Beispiel ein- und ausfahrbares Element) auf. Das Element ist insbesondere als ein Stift ausgebildet. Das Element ist zum axialen Verschieben des Nockenträgers in einer ersten Richtung in Kontakt mit der ersten Schaltkulisse bringbar. Das Schiebenockensystem weist vorzugsweise zusätzlich einen zweiten Aktor mit einem entlang der Längsachse der Nockenwelle verschiebbaren Element (zum Beispiel ein- und ausfahrbares Element) auf. Das Element ist insbesondere als ein Stift ausgebildet. Das Element ist zum axialen Verschieben des Nockenträgers in einer zweiten Richtung, die der ersten Richtung entgegensetzt ist, in Kontakt mit der zweiten Schaltkulisse bringbar.
  • Das Vorsehen von einem oder mehreren axial wirkenden Aktoren ermöglicht eine bauraumoptimierte Anordnung der Aktoren gegenüber Systemen mit radial wirkenden Aktoren. Insbesondere können die axial wirkenden Aktoren in vorhandenen Strukturen entlang der Nockenwelle integriert werden.
  • Bei Verwendung nur eines Aktors kann dieser Aktor bspw. doppeltwirkend ausgebildet sein. Damit kann eine Axialverschiebung des Nockenträgers in beide Richtungen entlang der Längsachse der Nockenwelle ermöglicht werden. Der Aktor kann den Nockenträger bspw. in einer ersten Richtung entgegen einem elastischen Vorspannelement verschieben. In einer entgegensetzten Richtung kann der Aktor eine Verschiebung des Nockenträgers durch das elastische Vorspannelement durch Einfahren des verschiebbaren Elements ermöglichen. Es ist auch möglich, einen anderen Mechanismus zu verwenden, der in Kombination mit nur einem Aktor eine Axialverschiebung des Nockenträgers zwischen einer ersten Axialposition und einer zweiten Axialposition ermöglicht.
  • Bei Verwendung von zwei Aktoren kann der erste Aktor den Nockenträger von einer zweiten Axialposition in eine erste Axialposition verschieben. Der zweite Aktor kann den Nockenträger von einer ersten Axialposition in eine zweite Axialposition verschieben. In der ersten Axialposition kann ein erster Nocken des Nockenträgers in Wirkverbindung mit mindestens einem Gaswechselventil stehen. In der zweiten Axialposition kann ein zweiter Nocken des Nockenträgers in Wirkverbindung mit dem mindestens einen Gaswechselventil stehen.
  • In einer besonders bevorzugten Ausführungsform ist der erste Aktor in oder an einem ersten Lagerbock, der die Nockenwelle drehbar lagert, aufgenommen. Alternativ oder ergänzend ist der zweite Aktor in oder an einem zweiten Lagerbock, der die Nockenwelle drehbar lagert, aufgenommen. Damit benötigen die Aktoren keinen separaten Bauraum. Stattdessen lassen sich die Aktoren ohne zusätzlichen Platzbedarf direkt in ohnehin vorhandenen Lagerböcke der Nockenwelle integrieren.
  • Insbesondere kann der erste Aktor am ersten Lagerbock befestigt sein und/oder der zweite Aktor am zweiten Lagerbock befestigt sein.
  • Zusätzlich kann über die Lagerböcke eine Zuführung von Hydraulikfluid zu dem ersten Aktor und/oder dem zweiten Aktor durchgeführt werden. Somit wird auch für die Hydraulikleitungen kein zusätzlicher Platz benötigt. Ebenso können bspw. eine Elektroleitung und/oder eine Pneumatikleitung für den ersten Aktor und/oder den zweiten Aktor im oder am ersten und/oder zweiten Lagerbock vorgesehen sein.
  • In einer Ausführungsform ist die erste Schaltkulisse und/oder die zweite Schaltkulisse stufenförmig ausgebildet. Die stufenförmige Ausbildung der Schaltkulisse kann ein Kontaktieren durch die verschiebbaren Elemente die Aktoren auf einfache Weise ermöglichen. Die verschiebbaren Elemente der Aktoren können gegen einen Absatz der jeweiligen, stufenförmigen Schaltkulisse drücken, wenn der Nockenträger verschoben werden soll.
  • In einer weiteren Ausführungsform sind die erste Schaltkulisse an einem ersten Ende des Nockenträgers und die zweite Schaltkulisse an einem entgegengesetzten zweiten Ende des Nockenträgers angeordnet. Auf diese Weise kann ein Verfahrweg der verschiebbaren Elemente minimiert werden. Die Aktoren können direkt neben den Enden des Nockenträgers angeordnet werden.
  • In einem Ausführungsbeispiel weist die erste Schaltkulisse eine Aktorkontaktfläche auf, die sich in einer Umfangsrichtung um die Längsachse der Nockenwelle erstreckt. Alternativ oder zusätzlich weist die zweite Schaltkulisse eine Aktorkontaktfläche auf, die sich in einer Umfangsrichtung um die Längsachse der Nockenwelle erstreckt. Über einen Kontakt zwischen den verschiebbaren Elementen der Aktoren und den entsprechenden Aktorkontaktflächen kann eine Verschiebung des Nockenträgers realisiert werden. Zusätzlich kann in einer Weiterbildung über einen Kontakt mit den entsprechenden Aktorkontaktflächen eine Dämpfung der Verschiebung des Nockenträgers realisiert werden.
  • In einem weiteren Ausführungsbeispiel weist die Aktorkontaktfläche der ersten Schaltkulisse eine erste Rampe und eine zweite Rampe auf. Die erste Rampe der Aktorkontaktfläche der ersten Schaltkulisse vergrößert einen Abstand zwischen dem ersten Aktor und der Aktorkontaktfläche der ersten Schaltkulisse bezüglich einer Drehrichtung der Nockenwelle. Die zweite Rampe der Aktorkontaktfläche der ersten Schaltkulisse verkleinert einen Abstand zwischen dem ersten Aktor und der Aktorkontaktfläche der ersten Schaltkulisse bezüglich einer Drehrichtung der Nockenwelle.
  • Alternativ oder zusätzlich weist die Aktorkontaktfläche der zweiten Schaltkulisse eine erste Rampe und eine zweite Rampe auf. Die erste Rampe der Aktorkontaktfläche der zweiten Schaltkulisse vergrößert einen Abstand zwischen dem zweiten Aktor und der Aktorkontaktfläche der zweiten Schaltkulisse bezüglich einer Drehrichtung der Nockenwelle. Die zweite Rampe der Aktorkontaktfläche der zweiten Schaltkulisse verkleinert einen Abstand zwischen dem zweiten Aktor und der Aktorkontaktfläche der zweiten Schaltkulisse bezüglich einer Drehrichtung der Nockenwelle.
  • Die Rampen ermöglichen eine Verschiebebewegung des Nockenträgers durch Kontakt mit den verschiebbaren Elementen. Kontaktiert beispielsweise das verschiebbare Element des ersten Aktors die zweite Rampe der Aktorkontaktfläche der ersten Schaltkulisse, wird der Nockenträger in der ersten Richtung verschoben, während der Nockenträger sich gemeinsam mit der Nockenwelle dreht. Kontaktiert andererseits das verschiebbare Element des zweiten Aktors die zweite Rampe der Aktorkontaktfläche der zweiten Schaltkulisse, wird der Nockenträger in der zweiten Richtung verschoben, während der Nockenträger sich gemeinsam mit der Nockenwelle dreht.
  • Insbesondere können die erste und zweite Rampe der ersten und zweiten Schaltkulisse so angeordnet sein, dass eine Verschiebung des Nockenträgers nur innerhalb eines Grundkreisbereichs der Nocken des Nockenträgers ermöglicht wird.
  • In einer Ausführungsvariante ist der erste Aktor und/oder der zweite Aktor hydraulisch, elektrisch und/oder pneumatisch betätigt.
  • In einer weiteren Ausführungsvariante wird eine axiale Verschiebung des Nockenträgers hydraulisch und/oder über ein elastisches Element gedämpft. Die Dämpfung kann eine Arretierung (axiale Sicherung) des Nockenträgers ermöglichen.
  • In einer Ausführungsform weist das Schiebenockensystem ein erstes elastisches Element auf, das den Nockenträger in der zweiten Richtung vorspannt. Alternativ oder zusätzlich weist das Schiebenockensystem ein zweites elastisches Element auf, das den Nockenträger in der ersten Richtung vorspannt. Die elastischen Elemente ermöglichen eine Dämpfung der Verschiebebewegung des Nockenträgers. Wird der Nockenträger beispielsweise von dem ersten Aktor in der ersten Richtung verschoben, kann das erste elastische Element die Verschiebebewegung des Nockenträgers dämpfen.
  • In einer Weiterbildung stützt das erste elastische Element den Nockenträger an einem Lagerbock zum drehbaren Lagern der Nockenwelle ab und ist drehbar um die Längsachse der Nockenwelle bezüglich des Lagerbocks oder des Nockenträgers gelagert. Alternativ oder zusätzlich stützt das zweite elastische Element den Nockenträger an einem Lagerbock zum drehbaren Lagern der Nockenwelle ab und ist drehbar um die Längsachse der Nockenwelle bezüglich des Lagerbocks oder des Nockenträgers gelagert. Die ohnehin vorhandenen Lagerböcke der Nockenwelle können somit zum Abstützen der elastischen Elemente zum Dämpfen der Verschiebebewegung des Nockenträgers verwendet werden. Die drehbare Lagerung der elastischen Elemente ist vorgesehen, um ein Schleifen der elastischen Elemente am Nockenträger oder Lagerbock zu verhindern, da sich die elastischen Elemente in der Ausführungsform entweder mit dem Nockenträger drehen oder am Lagerbock festgelegt sind.
  • In einem Ausführungsbeispiel weist das Schiebenockensystem einen ersten hydraulischen Dämpfungszylinder, der zum Dämpfen einer axialen Verschiebung des Nockenträgers in der ersten Richtung angeordnet ist, auf. Alternativ oder zusätzlich weist das Schiebenockensystem einen zweiten hydraulischen Dämpfungszylinder, der zum Dämpfen einer axialen Verschiebung des Nockenträgers in der zweiten Richtung angeordnet ist, auf.
  • In einer Weiterbildung weist das Schiebenockensystem ferner eine erste Drossel, die stromabwärts des ersten hydraulischen Dämpfungszylinders angeordnet ist, und/oder eine zweite Drossel, die stromabwärts des zweiten hydraulischen Dämpfungszylinders angeordnet ist, auf.
  • Über die Drosseln kann ein Widerstand für aus den hydraulischen Dämpfungszylindern ausfließendes Hydraulikfluid aufgebaut werden, wodurch eine gewünschte Dämpfung realisierbar ist.
  • In einer Ausführungsvariante dämpft der zweite Aktor eine axiale Verschiebung des Nockenträgers, wenn der erste Aktor den Nockenträger in der ersten Richtung axial verschiebt. Alternativ oder zusätzlich dämpft der erste Aktor eine axiale Verschiebung des Nockenträgers, wenn der zweite Aktor den Nockenträger in der zweiten Richtung axial verschiebt. Damit kann die Dämpfungsfunktionalität direkt in die Aktoren integriert werden.
  • In einer weiteren Ausführungsvariante dämpft der zweite Aktor eine axiale Verschiebung des Nockenträgers hydraulisch und/oder über ein elastisches Element des zweiten Aktors. Alternativ oder zusätzlich dämpft der erste Aktor eine axiale Verschiebung des Nockenträgers hydraulisch und/oder über ein elastisches Element des ersten Aktors.
  • Die Erfindung betrifft auch einen variablen Ventiltrieb für eine Brennkraftmaschine. Der variable Ventiltrieb weist ein Schiebenockensystem wie hierin offenbart auf. Der variable Ventiltrieb weist mindestens ein Gaswechselventil und eine Kraftübertragungseinrichtung (zum Beispiel Stößel, Kipphebel oder Schlepphebel) auf. Die Kraftübertragungseinrichtung setzt in Abhängigkeit von einer Axialposition des Nockenträgers wahlweise einen ersten Nocken des Nockenträgers in Wirkverbindung zu dem mindestens einen Gaswechselventil oder einen zweiten Nocken des Nockenträgers in Wirkverbindung zu dem mindestens einen Gaswechselventil.
  • Gemäß einem weiteren Gesichtspunkt betrifft die Erfindung auch ein Kraftfahrzeug, insbesondere Nutzfahrzeug, mit einem Schiebenockensystem wie hierin offenbart oder einem variablen Ventiltrieb wie hierin offenbart. Das Nutzfahrzeug kann beispielsweise ein Omnibus oder ein Lastkraftwagen sein.
  • Die zuvor beschriebenen bevorzugten Ausführungsformen und Merkmale der Erfindung sind beliebig miteinander kombinierbar. Weitere Einzelheiten und Vorteile der Erfindung werden im Folgenden unter Bezug auf die beigefügten Zeichnungen beschrieben. Es zeigen:
    • Figur 1
    eine perspektivische Ansicht eines variablen Ventiltriebs mit einem Schiebenockensystem; und
    Figur 2
    eine Schemadarstellung einer Ausführungsform des Schiebenockensystems;
    Figur 3
    eine Schemadarstellung einer weiteren Ausführungsform des Schiebenockensystems;
    Figur 4
    eine Schemadarstellung einer weiteren anderen Ausführungsform des Schiebenockensystems;
    Figur 5
    eine Schemadarstellung einer weiteren anderen Ausführungsform des Schiebenockensystems; und
    Figuren 7 bis 18
    Schemadarstellungen einer weiteren anderen Ausführungsform des Schiebenockensystems zur Erläuterung der Funktionsweise eines beispielhaften Schiebenockensystems.
  • Die in den Figuren gezeigten Ausführungsformen stimmen zumindest teilweise überein, so dass ähnliche oder identische Teile mit den gleichen Bezugszeichen versehen sind und zu deren Erläuterung auch auf die Beschreibung der anderen Ausführungsformen bzw. Figuren verwiesen wird, um Wiederholungen zu vermeiden.
  • Die Figur 1 zeigt einen variablen Ventiltrieb 10. Der variable Ventiltrieb 10 kann beispielsweise Teil einer Brennkraftmaschine eines Nutzfahrzeugs, insbesondere eines Lastkraftwagens oder eines Omnibusses, sein. Der variable Ventiltrieb 10 weist ein erstes Gaswechselventil 12, ein zweites Gaswechselventil 14, ein Schiebenockensystem 16, eine Kraftübertragungseinrichtung 18, einen ersten Lagerbock (Lagerkörper) 20 und einen zweiten Lagerbock (Lagerkörper) 22 auf.
  • Der variable Ventiltrieb 10 dient zum Anpassen einer Ansteuerung der Gaswechselventile 12, 14. Insbesondere können ein Öffnungszeitpunkt, ein Schließzeitpunkt und/oder ein Ventilhub der Gaswechselventile 12, 14 angepasst werden. Die Gaswechselventile 12, 14 können Einlassventile oder Auslassventile sein.
  • Die Lagerböcke 20, 22 lagern eine Nockenwelle 24 drehbar. Zusätzlich ist die Kipphebelachse 42 an den Lagerböcken 20, 22 befestigt. Die Lagerböcke 20, 22 können beispielsweise an einem Befestigungsrahmen oder einem Zylinderkopf der Brennkraftmaschinen befestigt sein. In anderen Ausführungsformen können die Nockenwelle 24 und die Kipphebelachse 42 beispielsweise getrennt voneinander gelagert sein.
  • Das Schiebenockensystem 16 weist die Nockenwelle 24, einen Nockenträger 26, einen ersten Aktor 28 und einen zweiten Aktor 30 auf.
  • Der Nockenträger 26 ist drehfest und axial verschiebbar auf der Nockenwelle 24 angeordnet. Der Nockenträger 26 weist einen ersten Nocken 32, einen zweiten Nocken 34, eine erste Schaltkulisse 36 und eine zweite Schaltkulisse 38 auf.
  • Der erste Nocken 32 und der zweiten Nocken 34 sind angrenzend aneinander angeordnet. Der erste Nocken 32 und der zweite Nocken 34 weisen unterschiedliche Nockenkonturen auf. Der erste Nocken 32 und der zweite Nocken 34 sind in einen Mittelbereich des Nockenträgers 26 vorgesehen. In Abhängigkeit von einer Axialposition des Nockenträgers 26 bezüglich der Nockenwelle 24 stellt die Kraftübertragungseinrichtung 18 eine Wirkverbindung zwischen dem ersten Nocken 32 und den Gaswechselventilen 12, 14 oder zwischen dem zweiten Nocken 34 und den Gaswechselventilen 12, 14 her.
  • Im Einzelnen weist die Kraftübertragungseinrichtung 18 einen Kipphebel 40 und eine Kipphebelachse 42 auf. Der Kipphebel 40 folgt über einen Nockenfolger 44 je nach Axialposition des Nockenträgers 26 einer Nockenkontur des ersten Nockens 32 oder des zweite Nockens 34. der Nockenfolger 44 ist als eine drehbar gelagerte Rolle ausgebildet. Der Kipphebel 40 ist drehbar um die Kipphebelachse 42 gelagert. In einem Ventilhubbereich des Nockens 32 oder 34 werden die Gaswechselventile 12, 14 entsprechend über den Kipphebel 40 betätigt. In anderen Ausführungsformen kann die Kraftübertragungseinrichtung 18 beispielsweise einen Schlepphebel oder Stößel aufweisen.
  • In dem in Figur 1 dargestellten Beispiel ist der Nockenträger 26 in einer ersten Axialposition. In der ersten Axialposition stellt die Kraftübertragungseinrichtung 18 eine Wirkverbindung zwischen dem ersten Nocken 32 und den Gaswechselventilen 12, 14 her. Der Nockenträger 26 kann in eine zweite Axialposition (nach links in Figur 1) verschoben werden. In der zweiten Axialposition setzt die Kraftübertragungseinrichtung 18 den zweiten Nocken 34 in Wirkverbindung mit den Gaswechselventilen 12, 14. Der Nockenträger (Schiebenocken) 26 kann entlang der Axialrichtung der Nockenwelle 24 durch Zusammenwirken des ersten Aktors 28, des zweiten Aktors 30, der ersten Schaltkulisse 36 und der zweiten Schaltkulisse 38 verschoben werden.
  • Der erste Aktor 28 ist in dem ersten Lagerbock 20 aufgenommen und befestigt. Der zweite Aktor 30 ist in dem zweiten Lagerbock 22 aufgenommen und befestigt. Die Befestigung und Aufnahme der Aktoren 28, 30 in den Lagerböcken 20, 22 ist aus Bauraumgründen günstig. Es muss kein separater Bauraum für die Aktoren 28, 30 vorgesehen werden.
  • Die erste Schaltkulisse 36 und die zweite Schaltkulisse 38 sind an gegenüberliegenden Axialenden des Nockenträgers 26 angeordnet. Die erste Schaltkulisse 36 wirkt mit dem ersten Aktor 28 zur Verschiebung des Nockenträgers 26 aus der zweiten Axialposition in die erste Axialposition zusammen. Der Nockenträger 26 ist durch den ersten Aktor 28 und die erste Schaltkulisse 36 in einer ersten Richtung verschiebbar. Die zweite Schaltkulisse 38 wirkt mit dem zweiten Aktor 30 zur Verschiebung des Nockenträgers 26 aus der ersten Axialposition in die zweite Axialposition zusammen. Der Nockenträger 26 ist durch den zweiten Aktor 30 und die zweite Schaltkulisse 38 in einer zweiten Richtung verschiebbar. Die zweite Richtung ist entgegengesetzt zu der ersten Richtung gerichtet. Die erste und zweite Richtung erstrecken sich parallel zu einer Längsachse der Nockenwelle 24.
  • Jeder Aktor 28, 30 weist einen verschiebbaren Stift (Pin) 46, 48 auf. Der Stift 46 des ersten Aktors 28 ist in Figur 1 von dem ersten Lagerbock 20 verdeckt. Die Stifte 46, 48 sind in einer Axialrichtung der Nockenwelle 24 verschiebbar. Statt der Stifte 46, 48 können auch andere verschiebbaren Elemente zum Verschieben des Nockenträgers 26 verwendet werden.
  • Die erste Schaltkulisse 36 und die zweite Schaltkulisse 38 sind stufenförmig ausgebildet. Im Einzelnen weisen die Schaltkulisse 36, 38 jeweils eine Aktorkontaktfläche 50, 52 auf. Die Aktorkontaktflächen 50, 52 erstrecken sich in einer Umfangsrichtung um die Längsachse der Nockenwelle 24. Die Aktorkontaktfläche 50 weist eine erste Rampe 50A und eine zweite Rampe 50B auf. Die erste Rampe 50A vergrößert einen Abstand zwischen dem ersten Aktor 28 und der Aktorkontaktfläche 50 bezüglich einer Drehrichtung der Nockenwelle 24. Die zweite Rampe 50B verkleinert einen Abstand zwischen dem ersten Aktor 28 und der Aktorkontaktfläche 50 bezüglich einer Drehrichtung der Nockenwelle 24. Gleichermaßen weist die Aktorkontaktfläche 52 eine erste Rampe 52A und eine zweite Rampe 52B auf. Die erste Rampe 52A vergrößert einen Abstand zwischen dem zweiten Aktor 30 und der Aktorkontaktfläche 52 bezüglich einer Drehrichtung der Nockenwelle 24. Die zweite Rampe 52B verkleinert einen Abstand zwischen dem zweiten Aktor 30 und der Aktorkontaktfläche 52 bezüglich einer Drehrichtung der Nockenwelle 24. Mit anderen Worten gesagt, im Bereich der ersten Rampen 50A, 52A erstrecken sich die Aktorkontaktflächen 50, 52 spiralförmig (helixförmig) in einer Richtung zueinander bezüglich einer Drehrichtung der Nockenwelle 24. Im Bereich der zweiten Rampen 50B, 52B erstrecken sich die Aktorkontaktflächen 50, 52 spiralförmig (helixförmig) in entgegengesetzter Richtung bezüglich einer Drehrichtung der Nockenwelle 24.
  • Zum Verschieben des Nockenträgers 26 aus der zweiten Axialposition in die erste Axialposition wird der Stift 46 des ersten Aktors 28 ausgefahren. Der Stift 46 des ersten Aktors 28 wird so ausgefahren, dass der Stift 46 vollständig ausgefahren ist, wenn der Nockenträger 26 eine Drehposition erreicht, in der ein Beginn der zweiten Rampe 50B den Stift 46 durch Drehung der Nockenwelle 24 passiert. Der Stift 46 kann beispielsweise ausgefahren werden, während er die erste Rampe 50A den Stift 46 aufgrund der Drehung der Nockenwelle 24 passiert. Aufgrund der Rampe 50B schiebt der ausgefahrene Stift 46 den Nockenträger 26 aus der zweiten Axialposition in die erste Axialposition.
  • Die Verschiebung des Nockenträgers 26 aus der ersten Axialposition in die zweite Axialposition erfolgt auf analoge Weise durch den Stift 48 des zweiten Aktors 30. Aufgrund der Rampe 52B der Aktorkontaktfläche 52 schiebt der ausgefahrene Stift 48 den Nockenträger 26 in die zweite Axialposition.
  • Das Schiebenockensystem 16 kann zusätzlich eine Arretierungsvorrichtung (nicht dargestellt) aufweisen. Die Arretierungsvorrichtung kann so ausgebildet sein, dass sie den Nockenträger 26 in der ersten Axialposition und der zweiten Axialposition axial sichert. Dazu kann die Arretierungsvorrichtung beispielsweise einen elastisch vorgespannten Sperrkörper aufweisen. Der Sperrkörper kann in der ersten Axialposition des Nockenträgers 26 in eine erste Ausnehmung des Nockenträgers eingreifen und in der zweiten Axialposition des Nockenträgers 26 in eine zweite Ausnehmung des Nockenträgers 26 eingreifen. Die Arretierungsvorrichtung kann beispielsweise in der Nockenwelle 24 vorgesehen sein.
  • Die Aktoren 28 und 30 können beispielsweise hydraulisch betätigte Aktuatoren sein. In der nachfolgenden Beschreibung sind Ausführungsbeispiele für Hydrauliksysteme zum Betätigen der Aktoren 28 und 30 beschrieben.
  • Die Figur 2 zeigt ein Hydrauliksystem 53. Das Hydrauliksystem 53 weist eine Haupthydraulikleitung 54, eine erste Verbindungsleitung 56 und eine zweite Verbindungsleitung 58 auf.
  • Der erste Aktor 28 ist über die erste Verbindungsleitung 56 mit der Haupthydraulikleitung 54 verbunden. Der zweite Aktor 30 ist über die zweite Verbindungsleitung 58 mit der Haupthydraulikleitung 54 verbunden. Ein erstes elektrisch betätigtes 2-Wegeventil 60, ein erstes mechanisch betätigtes 2-Wegeventils 62 und ein erstes Kontrollventil 64 sind in der ersten Verbindungsleitung 58 zum Steuern eines Zuflusses von Hydraulikfluid zu dem ersten Aktor 28 angeordnet. Ein zweites elektrisch betätigtes 2-Wegeventil 66, ein zweites mechanisch betätigtes 2-Wegeventil 68 und ein zweites Kontrollventil 70 sind in der zweiten Verbindungsleitung 58 zum Steuern eines Zuflusses von Hydraulikfluid zu dem zweiten Aktor 30 angeordnet.
  • Zum Verschieben des Nockenträgers 26 durch den ersten Aktor 28 erfolgt zunächst eine elektrische Freigabe durch das erste elektrisch betätigte 2-Wegeventil 60. Das erste elektrisch betätigte 2-Wegeventil 60 stellt eine Fluidverbindung zwischen der Haupthydraulikleitung 54 und dem ersten mechanisch betätigten 2-Wegeventil 62 her. Mittels des ersten mechanisch betätigten 2-Wegeventil 62 kann bspw. sichergestellt werden, dass nur innerhalb eines gemeinsamen Nockengrundkreises der Nocken 32, 34 (siehe Figur 1) umgeschaltet wird. Innerhalb des Nockengrundkreises stellt das mechanisch betätigte 2-Wegeventil 62 über das freigegebene, erste elektrisch betätigte 2-Wegeventil 60 eine Fluidverbindung zwischen der Haupthydraulikleitung 54 und dem ersten Aktor 28 her. Das Hydraulikfluid passiert das erste Kontrollventil 64 und führte zu einem Ausfahren des Stifts 46 des ersten Aktors 28. Der Stift 46 des ersten Aktors 28 berührt die Aktorkontaktfläche 50 der ersten Schaltkulisse 36 und verschiebt den Nockenträger 26 in die erste Axialposition. Hierbei dreht sich der Nockenträger 26 in einer Umfangsrichtung um die Längsachse der Nockenwelle 24 (siehe Figur 1). Das erste Kontrollventil 64 ist als steuerbares Rückschlagventil ausgebildet. Das erste Kontrollventil 64 verhindert einen Rückfluss des Hydraulikfluids von dem ersten Aktor 28, solange ein Steuerdruck von der ersten Verbindungsleitung 56 anliegt. Aus dem ersten Aktor 28 abfließendes Hydraulikfluid kann beispielsweise in einen nicht dargestellten Hydraulikfluidraum der Brennkraftmaschine abgelassen werden. Der Hydraulikfluidraum kann beispielsweise ein Ölraum der Brennkraftmaschine sein.
  • Zum Verschieben des Nockenträgers 26 durch den zweiten Aktor 30 erfolgt wiederum zunächst eine elektrische Freigabe des zweiten elektrisch betätigten 2-Wegeventils 66. Innerhalb des Nockengrundkreises kann das zweite mechanisch betätigte 2-Wegeventil 68 eine Fluidverbindung zwischen dem zweiten Aktor 30 und der Haupthydraulikleitung 54 herstellen. Der Stift 48 des zweiten Aktors 30 fährt aus, berührt die Aktorkontaktflächen 52 und verschiebt den Nockenträger 26 in die zweite Axialposition, während sich der Nockenträger 26 dreht.
  • Zum Dämpfen der axialen Verschiebung des Nockenträgers 26 sind elastische Elemente 72, 74, zum Beispiel Federn, vorgesehen. Die elastischen Elemente 72, 74 stützen den Nockenträger 26 an dem ersten Lagerbock 20 und dem zweiten Lagerbock 22 ab. Dazu sind die elastischen Elemente 72, 74 beispielsweise über Kugellager drehbar an dem entsprechenden Lagerbock 20, 22 gelagert. Alternativ könnten die elastischen Elemente 72, 74 auch an den Lagerböcken 20, 22 befestigt und beispielsweise über Kugellager drehbar mit dem Nockenträger 26 verbunden sein.
  • In der Figur 2 ist zusätzlich symbolisch die unter Bezugnahme auf Figur 1 beschriebene Arretierungsvorrichtung für den Nockenträger 26 mit einem Bezugszeichen 76 bezeichnet.
  • Die Figur 3 zeigt ein weiteres Hydrauliksystem 78. Das Hydrauliksystem 78 unterscheidet sich vom Hydrauliksystem 53 von Figur 2 insbesondere in der Dämpfung der Axialverschiebung des Nockenträgers 26. Das Hydrauliksystem 78 weist zum Dämpfen der Axialverschiebung des Nockenträgers 26 einen ersten Dämpfungszylinder 80 und einen zweiten Dämpfungszylinder 82 auf.
  • Ein Kolben des ersten Dämpfungszylinders 80 fährt aus, wenn der Stift 46 des ersten Aktors 28 ausfährt. Kontaktiert der Nockenträger 26 während der Axialverschiebung zur ersten Axialposition schließlich den Kolben des ersten Dämpfungszylinders 80, so wird der Kolben des ersten Dämpfungszylinders 80 eingeschoben. Dabei wird Hydraulikfluid aus dem ersten Dämpfungszylinder 80 ausgeschoben. Das Hydraulikfluid wird über eine erste Drossel 84 zu einem Hydraulikfluidraum der Brennkraftmaschine geleitet. Durch das Ausschieben des Hydraulikfluids wird die Axialbewegung des Nockenträgers 26 gedämpft.
  • Auf analoge Weise fährt ein Kolben des zweiten Dämpfungszylinders 82 aus, wenn der Stift 48 des zweiten Aktors 30 ausfährt. Aus dem zweiten Dämpfungszylinder 82 wird Hydraulikfluid ausgeschoben, wenn der Kolben des zweiten Dämpfungszylinders 82 durch den Nockenträger 26 eingeschoben wird. Das ausgeschobene Hydraulikfluid passiert die zweite Drossel 86 und gelangt zu dem Hydraulikfluidraum der Brennkraftmaschine.
  • Wenn Hydraulikfluid aus dem ersten Dämpfungszylinder 80 ausgeschoben wird, verhindert ein erstes Rückschlagventil 88, dass das Hydraulikfluid vom ersten Dämpfungszylinder 80 zu dem ersten Aktor 28 geleitet wird. Gleichermaßen verhindert ein zweites Rückschlagventil 90, das aus dem zweiten Dämpfungszylinder 82 ausgeschobenes Hydraulikfluid zu dem zweiten Aktor 30 geleitet wird.
  • Der erste Dämpfungszylinder 80 dämpft eine Axialverschiebung des Nockenträgers 26 zur zweiten Axialposition. Der zweite Dämpfungszylinder 82 dämpft eine Axialverschiebung des Nockenträgers 26 zur ersten Axialposition. Die Drosseln 84, 86 stellen einen Widerstand für das aus den entsprechenden Dämpfungszylinder 80, 82 ausfließende Hydraulikfluid dar, sodass eine gewünschte Dämpfung ermöglicht wird.
  • Der Vorteil der Verwendung der Dämpfungszylinder 80, 82 gegenüber der Verwendung der elastischen Elemente 72, 74 (vgl. Figur 2) liegt insbesondere darin, dass keine elastische Rückstellkraft, sondern nur eine Dämpfung durch die Dämpfungszylinder 80, 82 bewirkt wird.
  • Die Figur 4 zeigt ein weiteres Hydrauliksystem 92. Das Hydrauliksystem 92 unterscheidet sich vom Hydrauliksystem 78 von Figur 3 insbesondere darin, dass keine separaten Dämpfungszylinder vorgesehen sind. Die Dämpfung der Axialverschiebung des Nockenträgers 26 wird stattdessen durch die Aktoren 28, 30 selbst durchgeführt.
  • Im Einzelnen weist das Hydrauliksystem 92 ein erstes mechanisch betätigtes 4-Wegeventil 94 und ein zweites mechanisch betätigtes 4-Wegeventil 96 auf. Das erste mechanisch betätigte 4-Wegeventil 94 wird von dem ersten elektrisch betätigten 2-Wegeventil 60 angesteuert. Das zweite mechanisch betätigte 4-Wegeventil 96 wird von dem zweiten elektrisch betätigten 2-Wegeventil 66 angesteuert. Zusätzlich weist das Hydrauliksystem 92 ein drittes elektrisch betätigtes 2-Wegeventil 98 und ein viertes elektrisch betätigtes 2-Wegeventil 100 auf.
  • Zur Axialverschiebung des Nockenträgers 26 in die erste Axialposition wird das erste mechanisch betätigte 4-Wegeventil 94 von dem ersten elektrisch betätigten 2-Wegeventil 60 angesteuert. Das erste mechanisch betätigte 4-Wegeventil 94 stellt eine Fluidverbindung zwischen der Haupthydraulikleitung 54 und dem ersten Aktor 28 her. Der Stift 46 des ersten Aktors 28 fährt aus. Der Nockenträger 26 wird in einer Richtung zu der ersten Axialposition verschoben.
  • Zum Dämpfen der axialen Verschiebung des Nockenträgers 26 bei einer Verschiebung zur ersten Axialposition stellt das dritte elektrisch betätigte 2-Wegeventil 98 eine Fluidverbindung zwischen dem zweiten Aktor 30 und der Haupthydraulikleitung 54 her. Der ausgefahrene Stift 48 des zweiten Aktors 30 kontaktiert den Nockenträger 26, während der Nockenträger 26 sich zu der ersten Axialposition bewegt. Dabei wird der Stift 48 in den zweiten Aktor 30 eingeschoben. Hydraulikfluid wird aus dem zweiten Aktor 30 ausgeschoben. Das ausgeschobene Hydraulikfluid gelangt über das entsprechend eingestellte zweite mechanisch betätigte 4-Wegeventil 96 über die erste Drossel 84 zum Hydraulikfluidraum der Brennkraftmaschine. Beim Ausschieben des Hydraulikfluids wird die Verschiebebewegung des Nockenträgers 26 gedämpft.
  • Auf ähnliche Weise kann der Nockenträger 26 in die zweite Axialposition durch den zweiten Aktor 30 verschoben werden. Die Verschiebebewegung des Nockenträgers 26 kann dann durch den ersten Aktor 28 gedämpft werden. Dazu sind das vierte elektrisch betätigte 2-Wegeventil 100 und das erste mechanisch betätigte 4-Wegeventil 94 entsprechend geschaltet.
  • Wenn Hydraulikfluid aus dem ersten Aktor 28 ausgeschoben wird, verhindert das erste Rückschlagventil 88, dass das Hydraulikfluid zurück zum vierten elektrisch betätigten 2-Wegeventil 100 fließt. Gleichermaßen verhindert das zweite Rückschlagventil 90, dass aus dem zweiten Aktor 30 ausgeschobenes Hydraulikfluid zu dem dritten elektrisch betätigten 2-Wegeventil 98 geleitet wird.
  • Der Vorteil dieses Ausführungsbeispiels liegt insbesondere darin, dass keine separaten Dämpfungszylinder oder elastischen Elemente zum Dämpfen der Axialverschiebung des Nockenträgers 26 vorgesehen werden müssen.
  • Die Figur 5 zeigt ein weiteres Hydrauliksystem 102. Das Hydrauliksystem 102 unterscheidet sich vom Hydrauliksystem 92 von Figur 4 insbesondere darin, dass eine gemeinsame Drossel 104 statt zweier separater Drosseln 84, 86 vorgesehen ist. Zusätzlich weisen die Ventile 94, 96 andere Neutralstellungen als in Figur 4 auf.
  • Die Figuren 6 bis 18 zeigen ein weiteres Hydrauliksystem 106 mit einer beispielhaften Konfiguration für den ersten Aktor 28 und den zweiten Aktor 30. Die Figuren 6 bis 15 zeigen den Ablauf einer Verschiebung des Nockenträgers 26 durch den ersten Aktor 28 zu der ersten Axialposition, während sich der Nockenträger 26 gemeinsam mit der Nockenwelle 24 (siehe Figur 1) dreht.
  • Das Hydrauliksystem 106 weist ein erstes elektrisch betätigtes 2-Wegeventil 108 und ein zweites elektrisch betätigtes 2-Wegeventil 110 auf. Zusätzlich weist das Hydrauliksystem 106 ein erstes Kontrollventil 112 und ein zweites Kontrollventil 114 sowie ein erstes Rückschlagventil 116 und ein zweites Rückschlagventil 118 auf. Ergänzend weist das Hydrauliksystem 106 die erste Drossel 84 und die zweite Drossel 86 auf.
  • Neben dem Stift 46 weist der erste Aktor 28 einen verschiebbaren Kolben 120, eine erste verschiebbare Hülse 122, eine zweite verschiebbare Hülse 124, ein erstes elastisches Element 126, ein zweites elastisches Elementen 128 und ein drittes elastisches Element 130 auf. Das erste elastische Element 126 spannt den Kolben 120 in einer Richtung entgegengesetzt zu dem Stift 46 vor. Das zweite elastische Element 128 stützt den Stift 46 gegen die erste Hülse 124 ab. Das dritte elastische Element 130 spannt die zweite Hülse 124 in einer Richtung zu dem Kolben 120 vor. Eine Axialbewegung des Stifts 46 beim Ausfahren des Stifts 46 wird durch die zweite Hülse 124 begrenzt. Der Stift 46 ist in den Hülsen 122, 124 geführt.
  • Der zweite Aktor 30 ist identisch wie der erste Aktor 28 aufgebaut, mit einem Kolben 132, einer ersten Hülse 134, einer zweiten Hülse 136, einem ersten elastischen Element 138, einem zweiten elastischen Element 140 und einem dritten elastischen Element 142.
  • Die Figur 6 zeigt den ersten Aktor 28 und den zweiten Aktor 30 in einem nicht betätigten Zustand. Die Stifte 46 und 48 sind eingefahren. Das erste und zweite elektrisch betätigte 2-Wegeventil 108, 110 sind so geschaltet, dass Hydraulikfluid von dem ersten Aktor 28 und dem zweiten Aktor 30 zu einem Hydraulikfluidraum der Brennkraftmaschine geleitet wird.
  • Die Figur 7 zeigt den ersten Aktor 28 zu Beginn einer Betätigung. Das erste elektrisch betätigte 2-Wegeventil 108 lässt Hydraulikfluid von einer Hydraulikfluidquelle passieren. Das Hydraulikfluid wird in einen Steuerfluidraum zum Verschieben der ersten Hülse 122 geleitet.
  • Die Figur 8 zeigt, dass das in den Steuerfluidraum zum Verschieben der ersten Hülse 122 geleitete Hydraulikfluid die erste Hülse 122 zusammen mit der zweiten Hülse 124 und dem Stift 46 in Richtung zu der Aktorkontaktfläche 50 verschoben hat. Die erste Hülse 122, die zweite Hülse 124 und der Stift 46 haben sich gegen die Vorspannkraft des dritten elastischen Elements 130 verschoben. Das dritte elastische Element 130 ist zusammengedrückt. Der Stift 46 berührt die Aktorkontaktfläche 50 in einem Bereich, in der die Aktorkontaktfläche 50 den größten Abstand zum ersten Aktor 28 aufweist.
  • Durch die Verschiebung der zweiten Hülse 124 und des Stifts 46 ist ein Hydraulikkanal der zweiten Hülse 124 mit einem Hydraulikkanal des Stifts 46 ausgerichtet. Der Hydraulikkanal der zweiten Hülse 124 und der Hydraulikkanal des Stifts 46 stellen eine Fluidverbindung zwischen der Hydraulikfluidquelle und einem Steuerfluidraum zum Verschieben des Kolbens 120 her. Hydraulikfluid fließt durch die Hydraulikkanäle der zweiten Hülse 124 und des Stifts 46 zu dem Steuerfluidraum zum Verschieben des Kolbens 120.
  • Die Figur 9 zeigt, dass das in den Steuerfluidraum zum Verschieben des ersten Kolbens 120 geleitete Hydraulikfluid den Kolben 120 in einer Richtung zu der Aktorkontaktfläche 50 verschoben hat. Der Kolben 120 hat sich gegen die Vorspannkraft des ersten elastischen Elements 126 verschoben. Der Kolben 120 kontaktiert den Stift 46, um diesen zu verrasten.
  • Die Figuren 10 und 11 zeigen, dass der Stift 46 durch Drehung des Nockenträgers 26 schließlich in Eingriff mit der zweiten Rampe 50B gelangt. Der durch den Kolben 120 verrastete Stift 46 schiebt den Nockenträger 26 in einer Richtung zu dem zweiten Aktor 30.
  • Die Figur 12 zeigt, dass der Nockenträger 26 zum Ende der durch den ersten Aktor 28 bewirkten Verschiebebewegung den Stift 48 über die Aktorkontaktfläche 52 berührt. Durch die Berührung wird der Stift 48 gegen die Vorspannkraft des zweiten elastischen Elements 140 in Richtung zu dem Kolben 132 des zweiten Aktors 30 verschoben. Dadurch wird eine Verschiebebewegung des Nockenträgers 26 gedämpft.
  • Die Figur 13 zeigt, dass die Vorspannkraft des zweiten elastischen Elements 140 den Stift 48 wieder in seine Ausgangsposition bewegt hat. Der Nockenträger 26 wurde dadurch ein wenig in Richtung zu dem ersten Aktor 28 verschoben. Der Nockenträger 26 liegt nun mittig zwischen dem ersten Aktor 28 und dem zweiten Aktor 30. In dieser Stellung kann die Arretierungsvorrichtung 76 (vgl. beispielsweise Figuren 2 bis 5) den Nockenträger 26 axial auf der Nockenwelle 24 (siehe Figur 1) sichern.
  • Die Figur 14 zeigt, dass das erste elektrisch betätigte 2-Wegeventil 108 umgeschaltet wurde. Das erste elektrisch betätigte 2-Wegeventil 108 stellt eine Fluidverbindung zwischen dem ersten Aktor 28 und einem Hydraulikfluidraum der Brennkraftmaschine über die erste Drossel 86 her. Das Hydraulikfluid aus dem Steuerraum zum Verschieben des Kolbens 120 fließt zurück durch die Hydraulikkanäle der zweiten Hülse 124 und des Stifts 46 in Richtung zu dem ersten elektrisch betätigten 2-Wegeventil 108. Zusätzlich fließt das Hydraulikfluid aus dem Steuerraum zum Verschieben des Kolbens 120 über das erste Kontrollventil 112 in Richtung zu dem ersten elektrisch betätigten 2-Wegeventil 108. Gleichzeitig fließt Hydraulikfluid aus dem Steuerraum zum Verschieben der ersten Hülse 128 in Richtung zu dem ersten elektrisch betätigten 2-Wegeventil 108.
  • Die Figur 15 zeigt, dass sich durch das Ausfließen des Hydraulikfluids der Kolben 120 in einer Richtung entgegengesetzt zu dem zweiten Aktor 30 gemäß der Vorspannkraft des ersten elastischen Elements 126 verschoben hat. Zusätzlich haben sich die erste Hülse 122, die zweite Hülse 124 und der Stift 46 gemeinsam entgegengesetzt zu dem zweiten Aktor 30 gemäß der Vorspannkraft des dritten elastischen Elements 130 verschoben. Der Stift 46 ist eingefahren.
  • Aus dem in Figur 15 gezeigten Zustand kann der Nockenträger 26 durch Betätigung des zweiten Aktors 30 zurück in die zweite Axialposition verschoben werden. Die Funktionsweise des zweiten Aktors 30 zum Verschieben ist dabei identisch zu der des ersten Aktors 28 beim Verschieben in die erste Axialposition. Die Funktionsweise des ersten Aktors 28 zum Dämpfen der Verschiebebewegung ist ebenfalls identisch zu der des zweiten Aktors 30 beim Dämpfen der Verschiebung in die erste Axialposition.
  • In den Figuren 16 bis 18 ist dargestellt, dass eine Verschiebung des Nockenträgers 26 durch den ersten Aktor 28 nur durchgeführt wird, wenn der Stift 46 bei maximalem Abstand mit der Rampe 50B in Eingriff ist. Gelangt der Stift 46 mit der Aktorkontaktfläche 50 auf der Rampe 50B oder außerhalb der Rampe 50B in Eingriff, findet keine Verschiebung des Nockenträgers 26 statt.
  • Die Figur 16 zeigt ähnlich zur Figur 6 den ersten Aktor 28 und den zweiten Aktor 30 in einem nicht betätigten Zustand. Die Stifte 46 und 48 sind eingefahren. Das erste und zweite elektrisch betätigte 2-Wegeventil 108, 110 sind so geschaltet, dass Hydraulikfluid von dem ersten Aktor 28 und dem zweiten Aktor 30 zu einem Hydraulikfluidraum der Brennkraftmaschine geleitet wird.
  • Die Figur 17 zeigt den ersten Aktor 28 zu Beginn einer Betätigung. Das erste elektrisch betätigte 2-Wegeventil 108 lässt Hydraulikfluid von einer Hydraulikfluidquelle passieren. Das Hydraulikfluid wird in einen Steuerfluidraum zum Verschieben der ersten Hülse 122 geleitet. Der Stift 46 liegt bereits an der Aktorkontaktfläche 50 an. D.h., der Stift 46 berührt die Aktorkontaktfläche 50 in einem Bereich, in dem die Aktorkontaktfläche 50 den geringsten Abstand zum ersten Aktor 28 aufweist.
  • Die Figur 18 zeigt, dass das in den Steuerfluidraum zum Verschieben der ersten Hülse 122 geleitete Hydraulikfluid die erste Hülse 122 zusammen mit der zweiten Hülse 124 in Richtung zu der Aktorkontaktfläche 50 verschoben hat. Der Stift 46 hat sich hier jedoch nicht mit der ersten Hülse 122 und der zweiten Hülse 124 in Richtung zu der Aktorkontaktfläche 50 verschoben, da der Stift 46 bereits in Kontakt mit der Aktorkontaktfläche 50 war. Die relative Verschiebung zwischen der ersten Hülse 122 und dem Stift 46 führt zu einem Zusammendrücken des zweiten elastischen Elements 128. Die Hydraulikkanäle des Stifts 46 und der zweiten Hülse 124 sind nicht miteinander ausgerichtet. Dadurch wird keine Fluidverbindung zwischen dem ersten elektrisch betätigten 2-Wegeventil 108 und dem Steuerraum zum Verschieben des Kolbens 120 hergestellt.
  • Der Stift 46 wird erst ausfahren, wenn er in Kontakt mit der ersten Rampe 50A (siehe Figur 1) und dem Bereich der Aktorkontaktfläche 50, in dem die Aktorkontaktfläche 50 den größten Abstand zum ersten Aktor 28 aufweist, gelangt. Damit kann sichergestellt werden, dass eine axiale Verschiebung des Nockenträgers 26 nur im Bereich des Grundkreises stattfindet.
  • Die Erfindung ist nicht auf die vorstehend beschriebenen bevorzugten Ausführungsbeispiele beschränkt. Vielmehr ist eine Vielzahl von Varianten und Abwandlungen möglich, die ebenfalls von dem Erfindungsgedanken Gebrauch machen und deshalb in den Schutzbereich fallen. Insbesondere beansprucht die Erfindung auch Schutz für den Gegenstand und die Merkmale der Unteransprüche unabhängig von den in Bezug genommenen Ansprüchen.
    • Bezugszeichenliste
    • 10
    Variabler Ventiltrieb
    12
    Gaswechselventil
    14
    Gaswechselventil
    16
    Schiebenockensystem
    18
    Kraftübertragungseinrichtung
    20
    Erster Lagerbock
    22
    Zweiter Lagerbock
    24
    Nockenwelle
    26
    Nockenträger
    28
    Erster Aktor
    30
    Zweiter Aktor
    32
    Erster Nocken
    34
    Zweiter Nocken
    36
    Erste Schaltkulisse
    38
    Zweite Schaltkulisse
    40
    Kipphebel
    42
    Kipphebelachse
    44
    Nockenfolger
    46
    Stift
    48
    Stift
    50
    Aktorkontaktfläche
    50A
    Erste Rampe
    50B
    Zweite Rampe
    52
    Aktorkontaktfläche
    52A
    Erste Rampe
    52B
    Zweite Rampe
    53
    Hydrauliksystem
    54
    Hydraulikhauptleitung
    56
    Erste Verbindungsleitung
    58
    Zweite Verbindungsleitung
    60
    Erstes elektrisch betätigtes Ventil
    62
    Erstes mechanisch betätigtes Ventil
    64
    Erstes Kontrollventil
    66
    Zweites elektrisch betätigtes Ventil
    68
    Zweites mechanisch betätigtes Ventil
    70
    Zweites Kontrollventil
    72
    Erstes elastisches Element
    74
    Zweites elastisches Element
    76
    Arretierungsvorrichtung
    78
    Hydrauliksystem
    80
    Erster Dämpfungszylinder
    82
    Zweiter Dämpfungszylinder
    84
    Erste Drossel
    86
    Zweite Drossel
    88
    Erstes Rückschlagventil
    90
    Zweites Rückschlagventil
    92
    Hydrauliksystem
    94
    Erstes mechanisch betätigtes 4-Wegeventil
    96
    Zweites mechanisch betätigtes 4-Wegeventil
    98
    Drittes elektrisch betätigtes 2-Wegeventil
    100
    Viertes elektrisch betätigtes 2-Wegeventil
    102
    Hydrauliksystem
    104
    Gemeinsame Drossel
    106
    Hydrauliksystem
    108
    Erstes elektrisch betätigtes 2-Wegeventil
    110
    Zweites elektrisch betätigtes 2-Wegeventil
    112
    Erstes Kontrollventil
    114
    Zweites Kontrollventil
    116
    Erstes Rückschlagventil
    118
    Zweites Rückschlagventil
    120
    Kolben
    122
    Erste Hülse
    124
    Zweite Hülse
    126
    Erstes elastisches Element
    128
    Zweites elastisches Element
    130
    Drittes elastisches Element
    132
    Kolben
    134
    Erste Hülse
    136
    Zweite Hülse
    138
    Erstes elastisches Element
    140
    Zweites elastisches Element
    142
    Drittes elastisches Element

Claims (15)

  1. Schiebenockensystem (16) für eine Brennkraftmaschine, aufweisend:
    eine Nockenwelle (24);
    einen Nockenträger (26), der drehfest und axial verschiebbar auf der Nockenwelle (24) angeordnet ist, wobei der Nockenträger (26) eine erste Schaltkulisse (36) und, vorzugsweise, eine zweite Schaltkulisse (38) aufweist;
    einen ersten Aktor (28) mit einem entlang einer Längsachse der Nockenwelle (24) verschiebbaren Element (46), insbesondere Stift, das zum axialen Verschieben des Nockenträgers (26) in einer ersten Richtung in Kontakt mit der ersten Schaltkulisse (36) bringbar ist; und vorzugsweise
    einen zweiten Aktor (30) mit einem entlang der Längsachse der Nockenwelle (24) verschiebbaren Element (48), insbesondere Stift, das zum axialen Verschieben des Nockenträgers (26) in einer zweiten Richtung, die der ersten Richtung entgegensetzt ist, in Kontakt mit der zweiten Schaltkulisse (38) bringbar ist.
  2. Schiebenockensystem (16) nach Anspruch 1, wobei:
    der erste Aktor (28) in oder an einem ersten Lagerbock (20), der die Nockenwelle (24) drehbar lagert, aufgenommen ist; und/oder
    der zweite Aktor (30) in oder an einem zweiten Lagerbock (22), der die Nockenwelle (24) drehbar lagert, aufgenommen ist.
  3. Schiebenockensystem (16) nach Anspruch 1 oder Anspruch 2, wobei:
    die erste Schaltkulisse (36) und/oder die zweite Schaltkulisse (38) stufenförmig ausgebildet ist; und/oder
    die erste Schaltkulisse (36) an einem ersten Ende des Nockenträgers (26) und die zweite Schaltkulisse (38) an einem entgegengesetzten zweiten Ende des Nockenträgers (26) angeordnet sind.
  4. Schiebenockensystem (16) nach einem der vorherigen Ansprüche, wobei:
    die erste Schaltkulisse (36) eine Aktorkontaktfläche (50) aufweist, die sich in einer Umfangsrichtung um die Längsachse der Nockenwelle (24) erstreckt; und/oder
    die zweite Schaltkulisse (38) eine Aktorkontaktfläche (52) aufweist, die sich in einer Umfangsrichtung um die Längsachse der Nockenwelle (24) erstreckt.
  5. Schiebenockensystem (16) nach Anspruch 4, wobei:
    die Aktorkontaktfläche (50) der ersten Schaltkulisse (36) eine erste Rampe (50A) und eine zweite Rampe (50B) aufweist, wobei die erste Rampe (50A) der Aktorkontaktfläche (50) der ersten Schaltkulisse (36) einen Abstand zwischen dem ersten Aktor (28) und der Aktorkontaktfläche (50) der ersten Schaltkulisse (36) bezüglich einer Drehrichtung der Nockenwelle (24) vergrößert und die zweite Rampe (50B) der Aktorkontaktfläche (50) der ersten Schaltkulisse (36) einen Abstand zwischen dem ersten Aktor (28) und der Aktorkontaktfläche (50) der ersten Schaltkulisse (36) bezüglich einer Drehrichtung der Nockenwelle (24) verkleinert; und/oder
    die Aktorkontaktfläche (52) der zweiten Schaltkulisse (38) eine erste Rampe (52A) und eine zweite Rampe (52B) aufweist, wobei die erste Rampe (52A) der Aktorkontaktfläche (52) der zweiten Schaltkulisse (38) einen Abstand zwischen dem zweiten Aktor (30) und der Aktorkontaktfläche (52) der zweiten Schaltkulisse (38) bezüglich einer Drehrichtung der Nockenwelle (24) vergrößert und die zweite Rampe (52B) der Aktorkontaktfläche (52) der zweiten Schaltkulisse (38) einen Abstand zwischen dem zweiten Aktor (30) und der Aktorkontaktfläche (52) der zweiten Schaltkulisse (38) bezüglich einer Drehrichtung der Nockenwelle (24) verkleinert.
  6. Schiebenockensystem (16) nach einem der vorherigen Ansprüche, wobei der erste Aktor (28) und/oder der zweite Aktor (30) hydraulisch, elektrisch und/oder pneumatisch betätigt ist.
  7. Schiebenockensystem (16) nach einem der vorherigen Ansprüche, wobei eine axiale Verschiebung des Nockenträgers (26) hydraulisch und/oder über ein elastisches Element (72, 74) gedämpft wird.
  8. Schiebenockensystem (16) nach einem der vorherigen Ansprüche, ferner aufweisend:
    ein erstes elastisches Element (72), das den Nockenträger (26) in der zweiten Richtung vorspannt; und/oder
    ein zweites elastisches Element (74), das den Nockenträger (26) in der ersten Richtung vorspannt.
  9. Schiebenockensystem (16) nach Anspruch 8, wobei:
    das erste elastische Element (72) den Nockenträger (26) an einem Lagerbock (22) zum drehbaren Lagern der Nockenwelle (24) abstützt und drehbar um die Längsachse der Nockenwelle (24) bezüglich des Lagerbocks (22) oder des Nockenträgers (26) gelagert ist; und/oder
    das zweite elastische Element (74) den Nockenträger (26) an einem Lagerbock (20) zum drehbaren Lagern der Nockenwelle (24) abstützt und drehbar um die Längsachse der Nockenwelle (24) bezüglich des Lagerbocks (20) oder des Nockenträgers (26) gelagert ist.
  10. Schiebenockensystem (16) nach einem der vorherigen Ansprüche, ferner aufweisend:
    einen ersten hydraulischen Dämpfungszylinder (80), der zum Dämpfen einer axialen Verschiebung des Nockenträgers (26) in der ersten Richtung angeordnet ist; und/oder
    einen zweiten hydraulischen Dämpfungszylinder (82), der zum Dämpfen einer axialen Verschiebung des Nockenträgers (26) in der zweiten Richtung angeordnet ist.
  11. Schiebenockensystem (16) nach Anspruch 10, ferner aufweisend:
    eine erste Drossel (84), die stromabwärts des ersten hydraulischen Dämpfungszylinders (80) angeordnet ist; und/oder
    eine zweite Drossel (86), die stromabwärts des zweiten hydraulischen Dämpfungszylinders (82) angeordnet ist.
  12. Schiebenockensystem (16) nach einem der vorherigen Ansprüche, wobei:
    der zweite Aktor (30) eine axiale Verschiebung des Nockenträgers (26) dämpft, wenn der erste Aktor (28) den Nockenträger (26) in der ersten Richtung axial verschiebt; und/oder
    der erste Aktor (28) eine axiale Verschiebung des Nockenträgers (26) dämpft, wenn der zweite Aktor (30) den Nockenträger (26) in der zweiten Richtung axial verschiebt.
  13. Schiebenockensystem (16) nach Anspruch 12, wobei
    der zweite Aktor (30) eine axiale Verschiebung des Nockenträgers (26) hydraulisch und/oder über ein elastisches Element (140) des zweiten Aktors (30) dämpft; und/oder
    der erste Aktor (28) eine axiale Verschiebung des Nockenträgers (26) hydraulisch und/oder über ein elastisches Element (128) des ersten Aktors (28) dämpft.
  14. Variabler Ventiltrieb (10) für eine Brennkraftmaschine, mit:
    einem Schiebenockensystem (16) nach einem der vorherigen Ansprüche;
    mindestens einem Gaswechselventil (12, 14);
    einer Kraftübertragungseinrichtung (18), die in Abhängigkeit von einer Axialposition des Nockenträgers (26) wahlweise einen ersten Nocken (32) des Nockenträgers (26) in Wirkverbindung zu dem mindestens einen Gaswechselventil (12, 14) setzt oder einen zweiten Nocken (34) des Nockenträgers (26) in Wirkverbindung zu dem mindestens einen Gaswechselventil (12, 14) setzt.
  15. Kraftfahrzeug, insbesondere Nutzfahrzeug, mit einem Schiebenockensystem (16) nach einem der Ansprüche 1 bis 13 oder einem variablen Ventiltrieb (10) nach Anspruch 14.
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