EP3450708A1

EP3450708A1 - Schiebenockensystem

Info

Publication number: EP3450708A1
Application number: EP18188627.6A
Authority: EP
Inventors: Jens Dietrich; Thomas Malischewski; Steffen Hirschmann
Original assignee: MAN Truck and Bus SE
Current assignee: MAN Truck and Bus SE
Priority date: 2017-09-01
Filing date: 2018-08-13
Publication date: 2019-03-06
Anticipated expiration: 2038-08-13
Also published as: BR102018017254A2; BR102018017254B1; US10738665B2; CN109653823A; DE102017120145A1; US20190072009A1; RU2018131299A; RU2018131299A3; EP3450708B1; CN109653823B

Abstract

Die Erfindung betrifft ein Schiebenockensystem (11) für eine Brennkraftmaschine. Des Schiebenockensystem (11) weist eine Nockenwelle (12) und eine Mehrzahl von Nockenträgern (14) mit jeweils mindestens zwei Nocken (32, 34), wobei die Mehrzahl von Nockenträgern (14) drehfest und axial verschiebbar auf der Nockenwelle (12) angeordnet ist, auf. Das Schiebenockensystem (11) weist eine Mehrzahl von fluidbetätigten Aktorvorrichtungen (27, 127, 227, 327, 427, 527) auf, die jeweils zum axialen Verschieben eines Nockenträgers (14) der Mehrzahl von Nockenträgern (14) ausgebildet sind. Das Schiebenockensystem (11) weist eine Fluidzufuhrvorrichtung (66) auf, die zum Zuführen eines Fluides in Fluidverbindung stromaufwärts von der Mehrzahl von Aktorvorrichtungen (27, 127, 227, 327, 427, 527) zum Betätigen der Mehrzahl von Aktorvorrichtungen (27, 127, 227, 327, 427, 527) vorgesehen ist. Mindestens zwei Aktorvorrichtungen der Mehrzahl von Aktorvorrichtungen (27, 127, 227, 327, 427, 527) sind zum gleichzeitigen Betätigen fluidisch gekoppelt.

Description

Die Erfindung betrifft ein Schiebenockensystem für eine Brennkraftmaschine.
Ventilgesteuerte Brennkraftmaschinen weisen eines oder mehrere steuerbare Ein- und Auslassventile je Zylinder auf. Variable Ventilsteuerungen 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.
Ein variabler Ventiltrieb kann beispielsweise als ein Schiebenockensystem ausgebildet sein. Ein Schiebenockensystem kann eine Mehrzahl von Nockenträger mit mehreren Nocken aufweisen. Die Nockenträger sind axial verschiebbar und drehfest auf der Nockenwelle angeordnet. Über Aktoren können die Nockenträger axial verschoben werden. Eine Übertragungsvorrichtung, zum Beispiel ein Kipphebel, setzt in Abhängigkeit von einer Axialposition des Nockenträgers einen Nocken der mehreren Nocken des Nockenträgers in Wirkverbindung mit mindestens einem Gaswechselventil. Zum Wechseln einer Ventilsteuerkurve des mindestens einen Gaswechselventils kann der Nockenträger axial verschoben werden, sodass ein anderer Nocken des Nockenträgers in Eingriff mit der Übertragungsvorrichtung gelangt. Ein Beispiel für ein Schiebenockensystem ist in der WO 2004/083611 A1 offenbart.
Aus der EP 0 798 451 A1 ist ebenfalls ein Ventiltrieb mit einem Schiebenockensystem bekannt. Zum Verschieben eines Nockens mit drei axial nebeneinander liegenden Nockenbahnen ist ein Betätigungselement vorgesehen. Die Betätigung des Betätigungselements kann pneumatisch erfolgen.
Ein Nachteil bekannter Schiebenockensysteme liegt häufig in der aufwendigen Steuerung der Aktorvorrichtungen zum Verschieben der Nockenträger oder Nocken mit mehreren Nockenbahnen.
Die DE 10 2010 025 099 A1 offenbart eine verstellbare Nockenwelle, mit mindestens einer Welle, und mit mindestens einem Nockenpaket, welches mindestens zwei unterschiedliche Nocken und/oder Nockenkonturen aufweist. Das Nockenpaket ist axial auf der Welle verschiebbar. In der Welle ist ein Verstellelement vorgesehen, welches zumindest axial relativ zu einer Längsachse der Welle verschiebbar ist. Das Verstellelement ist über ein Kontaktelement mit dem Nockenpaket mechanisch gekoppelt. Beispielsweise können mindestens zwei der Nockenpakete mechanisch mit dem Verstellelement gekoppelt sein.
Der Erfindung liegt die Aufgabe zu Grunde, ein alternatives oder verbessertes Schiebenockensystem vorzusehen, das Nachteile im Stand der Technik überwindet und insbesondere eine vereinfachte Steuerung 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 ist für eine Brennkraftmaschine geeignet. Das Schiebenockensystem weist eine Nockenwelle und eine Mehrzahl von Nockenträgern mit jeweils mindestens zwei Nocken auf. Die Mehrzahl von Nockenträgern ist drehfest und axial verschiebbar auf der Nockenwelle angeordnet. Das Schiebenockensystem weist eine Mehrzahl von fluidbetätigten Aktorvorrichtungen auf, die jeweils zum axialen Verschieben eines Nockenträgers der Mehrzahl von Nockenträgern ausgebildet sind. Das Schiebenockensystem weist eine Fluidzufuhrvorrichtung auf, die zum Zuführen eines Fluides in Fluidverbindung stromaufwärts von der Mehrzahl von Aktorvorrichtungen zum Betätigen der Mehrzahl von Aktorvorrichtungen vorgesehen ist. Mindestens zwei Aktorvorrichtungen der Mehrzahl von Aktorvorrichtungen sind zum gleichzeitigen Betätigen fluidisch gekoppelt.
Die Fluidkopplung zwischen mindestens zwei Aktorvorrichtungen ermöglicht das gleichzeitige Betätigen beider Aktorvorrichtungen durch Zuführen eines Fluides. Damit kann der Steuerungsaufwand erheblich vereinfacht werden, da nicht jede Aktorvorrichtung einzeln zu einem bestimmten Zeitpunkt betätigt werden muss. Stattdessen wird beispielsweise nur ein einziges Ventil in Fluidverbindung stromaufwärts von den Aktorvorrichtungen geöffnet, wodurch die Aktorvorrichtungen betätigt werden.
Insbesondere können die mindestens zwei Nocken der Nockenträger unterschiedlich ausgebildet sein.
Vorzugsweise sind zusätzlich eine Mehrzahl von Übertragungsvorrichtungen, zum Beispiel Schlepphebel oder Kipphebel, vorgesehen, die in Abhängigkeit von einer Axialposition eines jeweiligen Nockenträgers einen ersten Nocken oder einen zweiten Nocken des jeweiligen Nockenträgers in Wirkverbindung zu mindestens einem Gaswechselventil setzen. Die Gaswechselventile können beispielsweise Einlassventile oder Auslassventile sein. Die Übertragungsvorrichtungen können insbesondere einen Nockenfolger, zum Beispiel eine drehbare Rolle, zum Folgen einer Nockenkontur eines Nockens aufweisen.
Bevorzugt sind die Aktorvorrichtungen gleich ausgebildet.
Beispielsweise können die Aktorvorrichtungen mit verschiebbaren Elementen in Eingriffsspuren der Nockenträger zum axialen Verschieben der Nockenträger eingreifen.
Zum Beispiel können die Aktorvorrichtungen verschiebbare Elemente aufweisen, die in einer Radialrichtung bezüglich einer Längsachse der Nockenwelle oder in einer Axialrichtung bezüglich der Längsachse der Nockenwelle zum axialen Verschieben des jeweiligen Nockenträgers verschiebbar sind.
In einem Ausführungsbeispiel sind die fluidisch gekoppelten, mindestens zwei Aktorvorrichtungen mittels eines Gruppensteuerventils der Fluidzufuhrvorrichtung fluidisch gekoppelt. Insbesondere ist ein Fluid durch Öffnen des Gruppensteuerventils gleichzeitig zu den fluidisch gekoppelten, mindestens zwei Aktorvorrichtungen zuführbar. Beispielsweise kann das Gruppensteuerventil in Fluidverbindung stromabwärts von einem Verdichter oder einer Pumpe und stromaufwärts von den mindestens zwei Aktorvorrichtungen vorgesehen sein.
Es ist auch möglich, dass zusätzlich in Fluidverbindung zwischen dem Gruppensteuerventil und den Aktoren der Aktorvorrichtungen aktorspezifische Ventile vorgesehen sind. So kann wiederum eine aktorspezifische Steuerung des Schiebenockensystems ermöglicht werden, wenn dies gewünscht ist.
In einem bevorzugten Ausführungsbeispiel ist eine Mehrzahl von Aktorvorrichtungsgruppen vorgesehen, die jeweils mindestens zwei fluidisch gekoppelte Aktorvorrichtungen der Mehrzahl von Aktorvorrichtungen aufweisen. Die Gruppierung der Aktorvorrichtungen in Aktorvorrichtungsgruppen ermöglicht eine gruppierte Ansteuerung der Aktorvorrichtungen, wodurch nicht jede Aktorvorrichtung einer Aktorvorrichtungsgruppe einzeln angesteuert werden muss.
In einer Weiterbildung sind die Aktorvorrichtungsgruppen der Mehrzahl von Aktorvorrichtungsgruppen jeweils stromabwärts eines jeweiligen Gruppensteuerventils der Fluidzufuhrvorrichtung vorgesehen, sodass das Fluid von der Fluidzufuhrvorrichtung durch Öffnen des jeweiligen Gruppensteuerventils gleichzeitig zu den fluidisch gekoppelten, mindestens zwei Aktorvorrichtungen der jeweiligen Aktorvorrichtungsgruppe zuführbar ist.
Beispielsweise kann ein erster Aktor einer ersten Aktorvorrichtung und ein erster Aktor einer zweite Aktorvorrichtung und optional ein erster Aktor einer dritten Aktorvorrichtung in einer ersten Aktorvorrichtungsgruppe vorgesehen sein. Zusätzlich kann ein zweiter Aktor der ersten Aktorvorrichtung und ein zweiter Aktor der zweiten Aktorvorrichtung und optional ein zweiter Aktor der dritten Aktorvorrichtung in einer zweiten Aktorvorrichtungsgruppe vorgesehen sein. Weiterhin kann ein erster Aktor einer vierten Aktorvorrichtung, ein erster Aktor einer fünften Aktorvorrichtung und optional ein erster Aktor einer sechsten Aktorvorrichtung in einer dritten Aktorvorrichtungsgruppe vorgesehen sein. Zudem kann ein zweiter Aktor der vierten Aktorvorrichtung, ein zweiter Aktor der fünften Aktorvorrichtung und optional ein zweiter Aktor der sechsten Aktorvorrichtung in einer vierten Aktorvorrichtungsgruppe vorgesehen sein.
Vorzugsweise kann in Fluidverbindung stromaufwärts von der ersten Aktorvorrichtungsgruppe ein erstes Gruppensteuerventil, in Fluidverbindung stromaufwärts von der zweiten Aktorvorrichtung ein zweites Gruppensteuerventil, in Fluidverbindung stromaufwärts von der dritten Aktorvorrichtungsgruppe ein drittes Gruppensteuerventil und/oder in Fluidverbindung stromaufwärts von der vierten Aktorvorrichtungsgruppe ein viertes Gruppensteuerventil vorgesehen sein.
In einem weiteren Ausführungsbeispiel sind die Gruppensteuerventile parallel zueinander angeordnet.
In einem besonders bevorzugten Ausführungsbeispiel ist ein erster Aktor einer ersten Aktorvorrichtung mit einem ersten Aktor einer zweiten Aktorvorrichtung fluidisch gekoppelt. Alternativ oder zusätzlich ist ein zweiter Aktor der ersten Aktorvorrichtung mit einem zweiten Aktor der zweiten Aktorvorrichtung fluidisch gekoppelt. Die Kopplungen ermöglichen, dass die ersten Aktoren gleichzeitig betätigt werden und dass die zweiten Aktoren gleichzeitig betätigt werden.
In einer Ausführungsvariante weist die Mehrzahl von Aktorvorrichtungen jeweils einen ersten Aktor zum Verschieben eines jeweiligen Nockenträgers in einer ersten Richtung und einen zweiten Aktor zum Verschieben des jeweiligen Nockenträgers in einer zweiten Richtung, die der ersten Richtung entgegengesetzt ist, auf. Die erste Richtung und die zweite Richtung können insbesondere parallel zu einer Längsachse der Nockenwelle verlaufen.
Insbesondere können die jeweils ersten Aktoren zumindest teilweise miteinander fluidisch gekoppelt sein und oder die jeweils zweiten Aktoren zumindest teilweise miteinander fluidisch gekoppelt sein.
In einer weiteren Ausführungsvariante ist die Mehrzahl von Aktorvorrichtungen hydraulisch oder pneumatisch betätigt. Die Aktorvorrichtungen können beispielsweise an ein bereits in einem Kraftfahrzeug vorhandenem Hydrauliksystem oder Pneumatiksystem angeschlossen sein.
In einem Ausführungsbeispiel weist das Schiebenockensystem zudem einen Positionssensor, der eine Drehposition der Nockenwelle erfasst, einen Brennkraftmaschinensensor, der einen Betriebsparameter der Brennkraftmaschine erfasst, und/oder eine Benutzerschnittstelle für eine Benutzereingabe auf. Das Schiebenockensystem weist zusätzlich eine Steuereinheit auf, die dazu ausgebildet ist, basierend auf der erfassten Drehposition, dem erfassten Betriebsparameter und/oder der Benutzereingabe die Fluidzufuhrvorrichtung zum Zuführen des Fluides zu der Mehrzahl von Aktorvorrichtungen zu steuern. Über die Einbeziehung der Drehposition der Nockenwelle kann sichergestellt werden, dass die Aktorvorrichtungen so betätigt werden, dass beispielsweise verschiebbare Elemente der Aktorvorrichtungen vollständig eingespurt sind, bevor der jeweilige Nockenträger verschoben wird. Eine Verschiebung des Nockenträgers kann beispielsweise über den erfassten Betriebsparameter, zum Beispiel eine Last der Brennkraftmaschine, oder die Benutzereingabe ausgelöst werden.
Der Begriff "Steuereinheit" bezieht sich auf eine Steuerelektronik, die je nach Ausbildung Steuerungsaufgaben und/oder Regelungsaufgaben übernehmen kann.
In einem weiteren Ausführungsbeispiel ist die Steuereinheit dazu ausgebildet, basierend auf der erfassten Drehposition, dem erfassten Betriebsparameter und/oder der Benutzereingabe selektiv die Gruppensteuerventile zu betätigen.
In einer Ausführungsform weisen Aktoren der Mehrzahl von Aktorvorrichtungen jeweils einen Steuerfluidraum und ein ein- und ausfahrbares Element, insbesondere einen Stift, in Wirkverbindung mit dem Steuerfluidraum auf. Das ein- und ausfahrbare Element fährt durch Zuführen des Fluides zu dem Steuerfluidraum zum Verschieben des jeweiligen Nockenträgers aus. Damit kann auf konstruktiv einfache Weise ein fluidbetätigter Aktor bereitgestellt werden.
In einer Weiterbildung ist das Fluid ein kompressibles Gas, insbesondere Luft, und der mit dem kompressiblen Gas gefüllte Steuerfluidraum wirkt beim Einfahren des ein- und ausfahrbaren Elements als pneumatische Feder. Damit können Stöße und damit ein vorzeitiger Verschleiß des Aktors verhindert werden. Die pneumatische Feder wird durch Verdichten des kompressiblen Gases und Ausschieben des verdichteten Gases bewirkt.
In einer weiteren Ausführungsform greift das ein- und ausfahrbare Element zum Verschieben des Nockenträgers in eine Eingriffsspur des Nockenträgers ein. Das Steuerfluid wird so zu dem Steuerfluidraum zugeführt (insbesondere durch entsprechendes Öffnen des entsprechenden Gruppensteuerventils), dass das ein- und ausfahrbare Element eine Außenumfangsfläche des Nockenträgers kontaktiert, bevor das ein- und ausfahrbare Element in die Eingriffsspur eingreift. Mit anderen Worten gesagt, die fluidbetätigen Aktorvorrichtungen ermöglichen ein Überfahren der die Eingriffsspuren aufweisenden nockenfreien Abschnitte mit den verschiebbaren Elementen, bevor die verschiebbaren Elemente schließlich in die Eingriffsspuren einspuren. Damit wird ein Steuerungsaufwand für die Aktorvorrichtung erheblich reduziert, da das Zeitfenster zum Betätigen der Aktorvorrichtungen vergrößert wird.
In einer Ausführungsvariante ist das ein- und ausfahrbare Element durch ein elastisches Element in einen eingefahrenen Zustand vorgespannt. Dadurch kann das ein- und ausfahrbare Element in eine Grundstellung zurückgeführt werden.
In einer weiteren Ausführungsvariante ist der Steuerfluidraum im eingefahrenen Zustand des ein- und ausfahrbaren Elements als Ringraum ausgebildet. Dies ermöglicht, dass ein Kontaktbereich zwischen einer Bodenfläche des Steuerfluidraums und des ein- und ausfahrbaren Elements klein ist. Insbesondere kann das Steuerfluid direkt an dem ein- und ausfahrbaren Element anliegen und/oder nur eine geringe Adhäsionskraft zwischen der Bodenfläche und dem ein- und ausfahrbaren Element bestehen.
Beispielsweise kann das ein- und ausfahrbare Element einen Zapfen aufweisen, der sich in einer Richtung zu einer Bodenfläche des Steuerfluidraums erstreckt. Alternativ oder zusätzlich kann eine Bodenfläche des Steuerfluidraums einen Zapfen aufweisen, der sich in einer Richtung zu dem ein- und ausfahrbaren Element erstreckt.
In einer weiteren Ausführungsform ist der Steuerfluidraum mit einer Fluiddichtung, insbesondere einem O-Ring, zu einer Umgebung der Aktorvorrichtung hin abgedichtet. Damit kann das Eindringen von Ölnebel in den Steuerfluidraum verhindert werden.
Die Erfindung betrifft auch ein Kraftfahrzeug, insbesondere Nutzfahrzeug (zum Beispiel einen Omnibus oder einen Lastkraftwagen), mit einem Schiebenockensystem wie hierin offenbart. Vorzugsweise weist die Fluidzufuhrvorrichtung einen Drucklufttank des Kraftfahrzeugs auf und/oder die Fluidzufuhrvorrichtung ist in ein Pneumatiksystem des Kraftfahrzeugs integriert.
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 beispielhaften variablen Ventiltriebs;
Figur 2: eine Längsschnittansicht der Nockenwelle;
Figur 3: eine schematische Schnittansicht eines beispielhaften Aktors;
Figur 4: eine weitere schematische Schnittansicht des beispielhaften Aktors;
Figur 5: eine weitere schematische Schnittansicht des beispielhaften Aktors; und
Figur 6: eine schematische Ansicht eines 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.
In der Figur 1 ist ein variabler Ventiltrieb 10 gezeigt. Der variable Ventiltrieb 10 kann in einem Kraftfahrzeug, insbesondere einem Nutzfahrzeug, mit einer Brennkraftmaschine umfasst sein. Das Nutzfahrzeug kann beispielsweise ein Lastkraftwagen oder ein Omnibus sein.
Der variable Ventiltrieb 10 weist eine Nockenwelle 12 und einen Nockenträger 14 auf. Zusätzlich weist der variable Ventiltrieb 10 eine Übertragungsvorrichtung 16 sowie ein erstes und zweites Gaswechselventil 20 und 22 auf. Zudem weist der variable Ventiltrieb 10 einen ersten Aktor 24 und einen zweiten Aktor 26 auf. Der erste Aktor 24 und der zweite Aktor 26 bilden eine Aktorvorrichtung 27. In anderen Ausführungsformen kann die Aktorvorrichtung beispielsweise nur einen Aktor oder mehrere in einem gemeinsamen Gehäuse vorgesehene Aktoren aufweisen.
Der Nockenträger 14, die Nockenwelle 12 sowie die Aktorvorrichtung 27 bilden einen Teil eines Schiebenockensystems 11. Das Schiebenockensystem 11 weist eine Mehrzahl von Nockenträgern 14 und Aktorvorrichtungen für eine Mehrzahl von Zylindern der Brennkraftmaschine auf. Nachfolgend ist der Aufbau des Schiebenockensystems exemplarisch für einen Nockenträger 14 und eine Aktorvorrichtung 27 für einen Zylinder der Brennkraftmaschine beschrieben, wie in den Figuren 1 und 2 dargestellt.
Die Nockenwelle 12 kann als eine Einlassnockenwelle, Auslassnockenwelle oder gemischte Nockenwelle, die sowohl Einlassventile als auch Auslassventile betätigt, ausgebildet sein. Die Nockenwelle 12 kann Teil eines Doppelnockenwellensystems (nicht im Detail dargestellt) sein, das zusätzlich eine weitere Nockenwelle (nicht dargestellt) aufweist. Die Nockenwelle 12 ist als obenliegende Nockenwelle angeordnet. In anderen Ausführungsformen kann die Nockenwelle 12 auch als untenliegende Nockenwelle angeordnet sein.
Auf der Nockenwelle 12 ist der Nockenträgern 14 drehfest angeordnet. Der Nockenträger 14 ist zusätzlich axial verschiebbar entlang einer Längsachse der Nockenwelle 12 angeordnet. Der Nockenträger 14 kann zwischen einem ersten Anschlag 28 und einem zweiten Anschlag 30 axial verschiebbar sein.
Der Nockenträger 14 weist zwei Nocken 32 und 34 auf, die in einer Längsrichtung des Nockenträgers 14 und der Nockenwelle 12 voneinander versetzt sind. Der erste Nocken 32 und der zweite Nocken 34 sind in einem Mittelabschnitt des Nockenträgers 14 angeordnet. Der erste Nocken 32 und der zweite Nocken 34 grenzen aneinander. Der erste Nocken 32 und der zweite Nocken 34 sind unterschiedlich ausgebildet, sodass sie unterschiedliche Ventilhubkurven der Gaswechselventile 20, 22 bewirken können. Der erste Nocken 32 kann beispielsweise ein Motorbremsnocken für ein Auslassventil und der zweite Nocken 34 ein Normalnocken sein. In anderen Ausführungsformen können die Nockenträger eine andere Anzahl von Nocken, andere Anordnungen der Nocken und/oder andere Nockenkonturen der Nocken aufweisen.
Der Nockenträger 14 weist zudem einen ersten nockenfreien Abschnitt 38 und einen zweiten nockenfreien Abschnitt 40 auf. Der erste nockenfreie Abschnitt 38 und der zweite nockenfreie Abschnitt 40 sind an gegenüberliegenden Enden des Nockenträgers 14 angeordnet. Im ersten nockenfreien Abschnitt 38 erstreckt sich eine erste Eingriffsspur (Schaltkulisse) 42 spiralförmig um eine Längsachse des Nockenträgers 14. Im zweiten nockenfreien Abschnitt 40 erstreckt sich eine zweite Eingriffsspur (Schaltkulisse) 44 spiralförmig um die Längsachse des Nockenträgers 14.
Zum Verschieben des Nockenträgers 14 zwischen den Anschlägen 28 und 30 können die Aktoren 24 und 26 mit ausfahrbaren Elementen (in Fig. 1 und 2 nicht im Detail gezeigt) selektiv in die Eingriffsspuren 42, 44 eingreifen. Die Aktoren 24, 26 können gleich ausgebildet sein. Im Einzelnen kann der erste Aktor 24 selektiv in die erste Eingriffsspur 42 zum Verschieben des Nockenträgers 14 von einer ersten Axialposition zu einer zweiten Axialposition eingreifen. In der ersten Axialposition liegt der Nockenträger 14 an dem zweiten Anschlag 30 an. In der zweiten Axialposition liegt der Nockenträger 14 an dem ersten Anschlag 28 an. In der Figur 1 ist der Nockenträger 14 in der ersten Axialposition dargestellt. Der zweite Aktor 26 wiederum kann selektiv in die zweite Eingriffsspur 44 eingreifen. Dann wird der Nockenträger 14 von der zweiten Axialposition zu der ersten Axialposition verschoben.
Die Verschiebung wird dadurch ausgelöst, dass das ausgefahrene Element des jeweiligen Aktors 24, 26 bezüglich einer Axialrichtung der Nockenwelle 12 ortsfest ist. Folglich wird der verschiebbare Nockenträger 14 aufgrund der Spiralform der Eingriffsspuren 42, 44 in einer Längsrichtung der Nockenwelle 12 verschoben, wenn das ausgefahrene Element in die jeweilige Eingriffsspur 42, 44 eingreift. Am Ende des Verschiebevorgangs wird das verschiebbare Element des jeweiligen Aktors 24, 26 von der jeweiligen Eingriffsspur 42, 44 entgegengesetzt zu der Ausfahrrichtung geführt und somit eingefahren. Das verschiebbare Element des jeweiligen Aktors 24, 26 gelangt außer Eingriff mit der jeweiligen Eingriffsspur 42, 44.
Die Übertragungsvorrichtung 16 stellt eine Wirkverbindung zwischen dem Nockenträger 14 und den Gaswechselventilen 20, 22 her. Die Gaswechselventile 20, 22 werden betätigt (geöffnet), wenn der erste Nocken 32 oder der zweite Nocken 34 die Übertragungsvorrichtung 16 nach unten drückt.
Befindet sich der Nockenträger 14 in der ersten Axialposition, ist die Übertragungsvorrichtung 16 in Wirkverbindung zwischen dem ersten Nocken 32 und den Gaswechselventilen 20, 22. Mit anderen Worten gesagt, ist die Übertragungsvorrichtung 16 in der ersten Axialposition des Nockenträgers 14 nicht in Wirkverbindung zwischen dem zweiten Nocken 34 und den Gaswechselventilen 20, 22. Die Gaswechselventile 20, 22 werden gemäß einer Kontur des ersten Nockens 32 betätigt. In der zweiten Axialposition des Nockenträgers 14 ist die Übertragungsvorrichtung 16 in Wirkverbindung zwischen dem zweiten Nocken 34 und den Gaswechselventilen 20, 22, die gemäß einer Kontur des zweiten Nockens 34 betätigt werden.
In der dargestellten Ausführungsform ist die Übertragungsvorrichtung 16 als ein Schlepphebel ausgebildet. In anderen Ausführungsformen kann die Übertragungsvorrichtung 16 als Kipphebel oder Stößel ausgebildet sein. In einigen Ausführungsformen kann die Übertragungsvorrichtung 16 einen Nockenfolger, zum Beispiel in Form einer drehbaren Rolle, aufweisen.
Unter Bezugnahme auf Figur 2 ist eine Arretierungsvorrichtung 46 gezeigt. Die Arretierungsvorrichtung 46 weist ein elastisches Element 48 und einen Sperrkörper 50 auf. Das elastische Element 48 ist in einem Sackloch der Nockenwelle 12 angeordnet. Das elastische Element 48 spannt den Sperrkörper 50 gegen den Nockenträger 14 vor. In einer Innenumfangsfläche des Nockenträgers 14 sind eine erste und zweite Ausnehmung 52 und 54 angeordnet. Zum Arretieren des Nockenträgers 14 wird der Sperrkörper 50 bspw. in die erste Ausnehmung 52 gedrückt, wenn der Nockenträger 14 in der ersten Axialposition ist. In der zweiten Axialposition des Nockenträgers 14 wird der Sperrkörper 50 in die zweite Ausnehmung 54 gedrückt.
Die Figuren 3 bis 5 zeigen beispielhaft den Aktor 24 in größerem Detail. Die Figur 3 zeigt den Aktor 24 in einer Grundstellung (im eingefahrenen Zustand). Die Figur 4 zeigt den Aktor 24 beim Arbeitshub (im ausgefahrenen Zustand). Die Figur 5 zeigt den Aktor 24 während einer Rückfederung (beim Einfahren).
Der Aktor 24 ist fluidbetätigt. Insbesondere ist der Aktor 24 ein pneumatischer oder hydraulischer Aktor. Vorzugsweise ist der Aktor 24 pneumatisch betätigt, da dies hinsichtlich einer Temperaturunempfindlichkeit und einer erzielbaren Geschwindigkeit vorteilhaft sein kann.
Der Aktor 24 weist einen verschiebbaren Stift (Kolben) 56, ein elastisches Element 58, einen Steuerfluidraum 60 und einen Steuerfluidzufuhrkanal 62 auf.
Über den Steuerfluidzufuhrkanal 62 kann ein Steuerfluid, zum Beispiel Luft oder Hydraulikflüssigkeit, zu dem Steuerfluidraum 60 zugeführt werden. Die Zuführung von Steuerfluid zu dem Steuerfluidraum 60 bewirkt ein Ausschieben des Stiftes 56 aus dem Steuerfluidraum 60. Der ausgefahrene Stift 56 kann in die Eingriffsspur 42 eingreifen, um den Nockenträger 14 axial zu verschieben.
Der Stift 56 und der Steuerfluidraum 60 können so ausgebildet sein, dass der Steuerfluidraum 60 im eingefahrenen Zustand des Stifts als Ringraum ausgebildet ist. Beispielsweise kann der Stift 56 mit einem Zapfen versehen sein, wie dies in den Figuren 3 bis 5 dargestellt ist. Der Ringraum ermöglicht, dass das Steuerfluid zu Beginn der Betätigung schon am Stift 56 anliegen kann. Damit kann durch Zuführen von Steuerfluid zu dem Steuerfluidraum 60 direkt eine Verschiebung des Stifts 56 beginnen. Zusätzlich müssen aufgrund des kleinen Kontaktbereichs zwischen dem Stift 56 und einer Bodenfläche des Steuerfluidraums 60 nur geringe Adhäsionskräfte überwunden werden, um einem Beginn der Verschiebung des Stifts 56 zu bewirken.
Die Fluidbetätigung des Aktors 24 ermöglicht, dass vor dem Eingreifen in die Eingriffsspur 42 (siehe Figur 1) der Stift 56 den nockenfreien Abschnitt 38 (siehe Figur 1) überfährt. Hierbei kontaktiert eine Außenumfangsfläche des nockenfreien Abschnitts 38 den Stift 56 und verhindert, dass der Stift 56 weiter ausfährt. Sobald die Eingriffsspur 42 beginnt, kann der Stift 56 in die Eingriffsspur 42 direkt einspuren. Damit kann der Steuerungsaufwand des Aktors 24 gegenüber Systemen, die ein zeitgenaues Ausfahren und Einspuren des Stifts des Aktors erfordern, erheblich verringert werden. Dies kann beispielsweise bei elektromagnetisch betätigten Aktoren der Fall sein.
Am Ende des Verschiebevorgangs des Nockenträgers 14 drückt eine Rampe der Eingriffsspur 42 den Stift 56 in Richtung zu dem Steuerfluidraum 60. Sofern ein kompressibles Fluid als Steuerfluid verwendet wird, wird das Fluid beim Einschieben des Stifts 56 verdichtet und ausgeschoben. Das in dem Steuerfluidraum 60 befindliche Fluid wirkt damit als pneumatische Feder beim Einschubvorgang des Stifts 56. Das elastische Element 58 bewirkt eine vollständige Rückstellung des Stifts 56 in die Grundstellung (in den eingefahrenen Zustand).
Um ein Eindringen von beispielsweise Ölnebel in den Steuerfluidraum 60 zu verhindern, kann eine Fluiddichtung 64, zum Beispiel ein Dichtring, vorgesehen sein. Zusätzlich kann der Steuerfluidraum 60 beispielsweise einen Entlüftungskanal (nicht dargestellt) aufweisen.
Unter Bezugnahme auf Figur 6 ist nachfolgend beschrieben, wie der Einsatz von fluidbetätigten Aktorvorrichtungen eine Steuerung des Schiebenockensystems 11 vereinfachen kann. Insbesondere können mehrere Aktorvorrichtungen gleichzeitig angesteuert werden, sodass auf eine aufwändige aktorselektive Ansteuerung verzichtet werden kann. Dies kann den Steuerungsaufwand erheblich verringern.
Das Schiebenockensystem 11 weist eine erste Aktorvorrichtung 27, eine zweite Aktorvorrichtung 127, eine dritte Aktorvorrichtung 227, eine vierte Aktorvorrichtung 327, eine fünfte Aktorvorrichtung 427 und eine sechste Aktorvorrichtung 527 auf. Die zweite bis sechtse Aktorvorrichtung 127, 227, 327, 427, 527 können wie die Aktorvorrichtung 27 ausgebildet sein. Insbesondere können in die zweite bis sechste Aktorvorrichtung 127, 227, 327, 427, 527 jeweils zwei Aktoren 124, 126; 224, 226; 324; 326; 424, 426 und 524, 526 zum Verschieben eines jeweiligen Nockenträgers (nicht dargestellt) aufweisen. Die Aktoren 26, 124, 126, 224, 226, 324, 326, 424, 426, 524 und 526 können wie der unter Bezugnahme auf die Figuren 3 bis 5 beschriebene Aktor 24 ausgebildet sein.
In Fluidverbindung stromaufwärts von den fluidbetätigten Aktorvorrichtungen 27, 127, 227, 327, 427, 527 ist eine Fluidzufuhrvorrichtung 66 vorgesehen. Die Fluidzufuhrvorrichtung 66 ist beispielhaft als pneumatische Fluidzufuhrvorrichtung ausgebildet. Die Fluidzufuhrvorrichtung 66 weist einen Verdichter 68, einen Drucktank 70 und vier Gruppensteuerventile 72, 74, 76 und 78 auf.
Der Verdichter 68 fördert ein Fluid zum Speichern in den Drucktank 70. Beispielsweise kann der Verdichter 68 Luft in den Drucktank 70 fördern. Der Drucktank 70 kann insbesondere ein Drucklufttank eines Nutzfahrzeugs sein, der bspw. auch für andere pneumatische betätigte Vorrichtungen des Nutzfahrzeugs Druckluft zur Verfügung stellt. Das Druckniveau kann beispielsweise zwischen 8 bar und 12 bar liegen.
Der Verdichter 68 und die vier Gruppensteuerventile 72, 74, 76 und 78 werden von einer Steuereinheit 80 gesteuert. Die Steuereinheit 80 ist mit einem Positionssensor 82, einen Brennkraftmaschinensensor 84 und einer Benutzerschnittstelle 86 verbunden. Der Positionssensor 82 erfasst eine Position der Nockenwelle 12 (siehe Figur 1). Der Brennkraftmaschinensensor 84 erfasst mindestens einen Betriebsparameter der Brennkraftmaschine, zum Beispiel einen Parameter, der eine Last der Brennkraftmaschine angibt. Die Benutzerschnittstelle 86 ermöglicht eine Benutzereingabe in die Steuereinheit 80. Die Steuereinheit 80 steuert einen Betrieb des Verdichters 68 und der vier Gruppensteuerventile 72, 74, 46 und 78 basierend auf von dem Positionssensor 82, dem Brennkraftmaschinensensor 84 und der Benutzerschnittstelle 86 empfangenen Signalen.
Die Gruppensteuerventile 72, 74, 76 und 78 sind stromabwärts von dem Verdichter 68 und dem Drucktank 70 vorgesehen. Das erste Gruppensteuerventil 72 ist in Fluidverbindung stromaufwärts von den Aktoren 24, 124, 224 vorgesehen. Das zweite Gruppensteuerventil 74 ist in Fluidverbindung stromaufwärts von den Aktoren 26, 126, 226 vorgesehen. Das dritte Gruppensteuerventil 76 ist in Fluidverbindung stromaufwärts von den Aktoren 324, 424, 524 vorgesehen. Das vierte Gruppensteuerventil 78 ist in Fluidverbindung stromaufwärts von den Aktoren 326, 426, 526 vorgesehen. Damit koppeln die Gruppensteuerventile 72, 74, 76 und 78 die Aktorvorrichtungen 27, 127, 227, 327, 427 und 527 teilweise. So muss beispielsweise zur Betätigung der Aktoren 24, 124, 224 lediglich das erste Gruppensteuerventil 72 von der Steuereinheit 80 geöffnet werden
In der vorliegenden Ausführungsform sind die Aktoren 24, 26, 124, 126, 224, 226, 324, 326, 424 und 426 über die Gruppensteuerventile 72, 74, 76 und 78 in vier Gruppen zur gemeinsamen Betätigung aufgeteilt. Innerhalb einer Gruppe sind die Aktoren fluidisch gekoppelt. In anderen Ausführungsformen können mehr oder weniger Gruppen mit jeweils mehr oder weniger Aktoren vorgesehen sein, um einen Steuerungsaufwand für das Schiebenockensystem zu verringern.
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. Insbesondere sind die Merkmale der Unteransprüche auch unabhängig von den Merkmalen bezüglich des Vorhandenseins und der Konfiguration der Fluidzufuhrvorrichtung und der Fluidkopplung von mindestens zwei Aktorvorrichtungen im unabhängigen Anspruch 1 ursprünglich offenbart.

Bezugszeichenliste

10: Variabler Ventiltrieb
11: Schiebenockensystem
12: Nockenwelle
14: Nockenträger
16: Übertragungsvorrichtung (Schlepphebel)
20: Erstes Gaswechselventil
22: Zweites Gaswechselventil
24: Erster Aktor
26: Zweiter Aktor
27: Erste Aktorvorrichtung
28: Erster Anschlag
30: Zweiter Anschlag
32: Erster Nocken
34: Zweiter Nocken
38: Erster nockenfreier Abschnitt
40: Zweiter nockenfreier Abschnitt
42: Erste Eingriffsspur
44: Zweite Eingriffsspur
46: Arretierungsvorrichtung
48: Elastisches Element
50: Sperrkörper
52: Erste Ausnehmung
54: Zweite Ausnehmung
56: Stift (ein- und ausfahrbares Element)
58: Elastisches Element
60: Steuerfluidraum
62: Steuerfluidzufuhrkanal
64: Fluiddichtung
66: Fluidzufuhrvorrichtung
68: Verdichter
70: Drucktank (Drucklufttank)
72: Erstes Gruppensteuerventil
74: Zweites Gruppensteuerventil
76: Drittes Gruppensteuerventil
78: Viertes Gruppensteuerventil
80: Steuereinheit
82: Positionssensor
84: Brennkraftmaschinensensor
86: Benutzerschnittstelle
124: Erster Aktor
126: Zweiter Aktor
127: Zweite Aktorvorrichtung
224: Erster Aktor
226: Zweiter Aktor
227: Dritte Aktorvorrichtung
324: Erster Aktor
326: Zweiter Aktor
327: Vierte Aktorvorrichtung
424: Erster Aktor
426: Zweiter Aktor
427: Fünfte Aktorvorrichtung
524: Erster Aktor
526: Zweiter Aktor
527: Sechste Aktorvorrichtung

Claims

Schiebenockensystem (11) für eine Brennkraftmaschine, aufweisend:
eine Nockenwelle (12);

eine Mehrzahl von Nockenträgern (14) mit jeweils mindestens zwei Nocken (32, 34), wobei die Mehrzahl von Nockenträgern (14) drehfest und axial verschiebbar auf der Nockenwelle (12) angeordnet ist;

eine Mehrzahl von fluidbetätigten Aktorvorrichtungen (27, 127, 227, 327, 427, 527), die jeweils zum axialen Verschieben eines Nockenträgers (14) der Mehrzahl von Nockenträgern (14) ausgebildet sind; und

eine Fluidzufuhrvorrichtung (66), die zum Zuführen eines Fluides in Fluidverbindung stromaufwärts von der Mehrzahl von Aktorvorrichtungen (27, 127, 227, 327, 427, 527) zum Betätigen der Mehrzahl von Aktorvorrichtungen (27, 127, 227, 327, 427, 527) vorgesehen ist, wobei:
mindestens zwei Aktorvorrichtungen der Mehrzahl von Aktorvorrichtungen (27, 127, 227, 327, 427, 527) zum gleichzeitigen Betätigen fluidisch gekoppelt sind.
Schiebenockensystem (11) nach Anspruch 1, wobei:
die fluidisch gekoppelten, mindestens zwei Aktorvorrichtungen mittels eines Gruppensteuerventils (72, 74, 76, 78) der Fluidzufuhrvorrichtung (66) fluidisch gekoppelt sind, und, insbesondere, ein Fluid durch Öffnen des Gruppensteuerventils (72, 74, 76, 78) gleichzeitig zu den fluidisch gekoppelten, mindestens zwei Aktorvorrichtungen (27, 127) zuführbar ist.
Schiebenockensystem (11) nach Anspruch 1 oder Anspruch 2, wobei eine Mehrzahl von Aktorvorrichtungsgruppen vorgesehen ist, die jeweils mindestens zwei fluidisch gekoppelte Aktorvorrichtungen der Mehrzahl von Aktorvorrichtungen (27, 127, 227, 327, 427, 527) aufweisen.
Schiebenockensystem (11) nach Anspruch 3, wobei die Aktorvorrichtungsgruppen der Mehrzahl von Aktorvorrichtungsgruppen jeweils stromabwärts eines jeweiligen Gruppensteuerventils (72, 74, 76, 78) der Fluidzufuhrvorrichtung (66) vorgesehen sind, sodass das Fluid von der Fluidzufuhrvorrichtung (66) durch Öffnen des jeweiligen Gruppensteuerventils (72, 74, 76, 78) gleichzeitig zu den fluidisch gekoppelten, mindestens zwei Aktorvorrichtungen der jeweiligen Aktorvorrichtungsgruppe zuführbar ist.
Schiebenockensystem (11) nach Anspruch 4, wobei die Gruppensteuerventile (72, 74, 76, 78) parallel zueinander angeordnet sind.
Schiebenockensystem (11) nach einem der vorherigen Ansprüche, wobei:
ein erster Aktor (24) einer ersten Aktorvorrichtung (27) mit einem ersten Aktor (124) einer zweiten Aktorvorrichtung (127) fluidisch gekoppelt ist; und/oder

ein zweiter Aktor (26) der ersten Aktorvorrichtung (27) mit einem zweiten Aktor (216) der zweiten Aktorvorrichtung (127) fluidisch gekoppelt ist.
Schiebenockensystem (11) nach einem der vorherigen Ansprüche, wobei die Mehrzahl von Aktorvorrichtungen (27, 127, 227, 327, 427, 527) jeweils einen ersten Aktor (24, 124, 224, 324, 424, 524) zum Verschieben eines jeweiligen Nockenträgers (14) in einer ersten Richtung und einen zweiten Aktor (26, 126, 226, 326, 426, 526) zum Verschieben des jeweiligen Nockenträgers (14) in einer zweiten Richtung, die der ersten Richtung entgegengesetzt ist, aufweist.
Schiebenockensystem (11) nach einem der vorherigen Ansprüche, wobei die Mehrzahl von Aktorvorrichtungen (27, 127, 227, 327, 427, 527) hydraulisch oder pneumatisch betätigt ist.
Schiebenockensystem (11) nach einem der vorherigen Ansprüche, ferner aufweisend:
einen Positionssensor (82), der eine Drehposition der Nockenwelle (12) erfasst, einen Brennkraftmaschinensensor (84), der einen Betriebsparameter der Brennkraftmaschine erfasst, und/oder eine Benutzerschnittstelle (86) für eine Benutzereingabe; und

eine Steuereinheit (80), die dazu ausgebildet ist, basierend auf der erfassten Drehposition, dem erfassten Betriebsparameter und/oder der Benutzereingabe die Fluidzufuhrvorrichtung (66) zum Zuführen des Fluides zu der Mehrzahl von Aktorvorrichtungen (27, 127, 227, 327, 427, 527) zu steuern.
Schiebenockensystem (11) nach Anspruch 9, wobei die Steuereinheit (80) dazu ausgebildet ist, basierend auf der erfassten Drehposition, dem erfassten Betriebsparameter und/oder der Benutzereingabe selektiv die Gruppensteuerventile (72, 74, 76, 78) zu betätigen.
Schiebenockensystem (11) nach einem der vorherigen Ansprüche, wobei Aktoren der Mehrzahl von Aktorvorrichtungen (27, 127, 227, 327, 427, 527) jeweils einen Steuerfluidraum (60) und ein ein- und ausfahrbares Element (56), insbesondere einen Stift, in Wirkverbindung mit dem Steuerfluidraum (60) aufweisen, wobei das ein- und ausfahrbare Element (56) durch Zuführen des Fluides zu dem Steuerfluidraum (60) zum Verschieben des jeweiligen Nockenträgers (14) ausfährt.
Schiebenockensystem (11) nach Anspruch 11, wobei das Fluid ein kompressibles Gas, insbesondere Luft, ist und der mit dem kompressiblen Gas gefüllte Steuerfluidraum (60) beim Einfahren des ein- und ausfahrbaren Elements (56) als pneumatische Feder wirkt.
Schiebenockensystem (11) nach Anspruch 11 oder Anspruch 12, wobei das ein- und ausfahrbare Element (56) zum Verschieben des Nockenträgers (14) in eine Eingriffsspur (42, 44) des Nockenträgers (14) eingreift; und
das Steuerfluid so zu dem Steuerfluidraum (60) zugeführt wird, dass das ein- und ausfahrbare Element (56) eine Außenumfangsfläche des Nockenträgers (14) kontaktiert, bevor das ein- und ausfahrbare Element (56) in die Eingriffsspur (42, 44) eingreift.
Schiebenockensystem (11) nach einem der Ansprüche 11 bis 13, wobei:
das ein- und ausfahrbare Element (56) durch ein elastisches Element (58) in einen eingefahrenen Zustand vorgespannt ist; und/oder

der Steuerfluidraum (60) im eingefahrenen Zustand des ein- und ausfahrbaren Elements (56) als Ringraum ausgebildet ist; und/oder

der Steuerfluidraum (60) mit einer Fluiddichtung (64), insbesondere einem O-Ring, zu einer Umgebung der Aktorvorrichtung (27) hin abgedichtet ist.
Kraftfahrzeug, insbesondere Nutzfahrzeug, mit einem Schiebenockensystem (11) nach einem der vorherigen Ansprüche, wobei, vorzugsweise, die Fluidzufuhrvorrichtung (66) einen Drucklufttank (70) des Kraftfahrzeugs aufweist.