WO2011026562A1 - Ventiltrieb für gaswechselventile einer brennkraftmaschine mit axial verschiebbaren nockeneinheiten - Google Patents

Ventiltrieb für gaswechselventile einer brennkraftmaschine mit axial verschiebbaren nockeneinheiten Download PDF

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WO2011026562A1
WO2011026562A1 PCT/EP2010/005044 EP2010005044W WO2011026562A1 WO 2011026562 A1 WO2011026562 A1 WO 2011026562A1 EP 2010005044 W EP2010005044 W EP 2010005044W WO 2011026562 A1 WO2011026562 A1 WO 2011026562A1
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WO
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camshaft
adjusting element
cam
cam unit
adjusting
Prior art date
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PCT/EP2010/005044
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French (fr)
Inventor
Ulf MÜLLER
Jonathan Heywood
Jürgen MEUSEL
Bernd Mann
Robert Reichelt
Uwe Grossgebauer
Original Assignee
Thyssenkrupp Presta Teccenter Ag
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Filing date
Publication date
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    • F01L—CYCLICALLY OPERATING VALVES FOR MACHINES OR ENGINES
    • F01L13/00—Modifications of valve-gear to facilitate reversing, braking, starting, changing compression ratio, or other specific operations
    • F01L13/0015—Modifications of valve-gear to facilitate reversing, braking, starting, changing compression ratio, or other specific operations for optimising engine performances by modifying valve lift according to various working parameters, e.g. rotational speed, load, torque
    • F01L13/0036—Modifications of valve-gear to facilitate reversing, braking, starting, changing compression ratio, or other specific operations for optimising engine performances by modifying valve lift according to various working parameters, e.g. rotational speed, load, torque the valves being driven by two or more cams with different shape, size or timing or a single cam profiled in axial and radial direction
    • F—MECHANICAL ENGINEERING; LIGHTING; HEATING; WEAPONS; BLASTING
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    • F01L1/00—Valve-gear or valve arrangements, e.g. lift-valve gear
    • F01L1/02—Valve drive
    • F01L1/04—Valve drive by means of cams, camshafts, cam discs, eccentrics or the like
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Definitions

  • the present invention relates to a valve train for gas exchange valves of an internal combustion engine according to the preamble of patent claim 1.
  • Ventiltriebumschaltvoriques in which a plurality of axially axially displaceable on the camshaft and rotatably arranged cam units are present, wherein two of these cam units are coupled via a strippenförmige guided on the camshaft connector unit, so that the two coupled cam units respectively are arranged together displaceable on the camshaft.
  • a valve drive device for gas exchange valves of an internal combustion engine in which a rotationally fixed and axially displaceable on the camshaft mounted sliding element with circumferential sliding tracks with an adjacent, non-rotatably and axially arranged on a cam shaft cam unit via a with the sliding tracks of the Sliding element cooperating shift fork-shaped actuator is axially displaceable and is kept fixed in a desired axial position.
  • the present invention has for its object to provide a generic valve train for gas exchange valves of an internal combustion engine by the axial adjustability of the axially displaceably mounted on a camshaft cam units functionally reliable and structurally simplified guaranteed.
  • a solution should be specified, can be saved by the considerable amount of space.
  • the camshaft of the valve drive as at least partially hollow shaft (in particular as a hollow shaft or tubular body) is formed, in the interior of which a movably arranged adjusting element is arranged.
  • the cam unit can be transferred to different axial positions on the camshaft via the adjustment element movably mounted within the camshaft, which is operatively connected or mechanically coupled via coupling means to the at least one cam unit arranged axially displaceable and rotationally fixed on the camshaft.
  • the coupling between the adjusting element and the cam unit is designed in such a way that an axial displacement of the cam unit (s) on the camshaft is effected due to a setting in motion (eg, rotation and / or displacement) of the adjusting element relative to the camshaft.
  • a plurality of cam units is adjusted axially via the movably mounted adjusting element within the camshaft.
  • all cam units of a cylinder bank are coupled via the (common) adjusting element, so that all cam units arranged on the camshaft (at least the cam units, which are mounted axially displaceable on the camshaft) can be adjusted within an adjustment cycle.
  • the axial displacement of the cam units and the consequent switching from one Nockenhubprofil on the other Nockenhubprofil a cam unit is carried out in dependence on the operating condition of the internal combustion engine, so that a possible performance and / or consumption optimized operation of the internal combustion engine is guaranteed.
  • the adjusting element is designed as an adjustment shaft rotatably mounted within the camshaft (relative to this).
  • the adjusting element can also be designed as an adjusting slide displaceably mounted axially within the camshaft.
  • an axially displaceably mounted on the camshaft cam unit is displaced by a particular pin-like executed and a Recess in the camshaft (in the camshaft casing) directed radially into the interior of the camshaft coupling means of the cam unit is guided in a raceway profile of the adjusting element.
  • the drive of the adjustment can be done in various ways and ways.
  • the adjusting element is movable relative to the camshaft via an electric motor (rotatable and / or displaceable).
  • the adjusting element can also be drivable (axially displaceable and / or rotatable) by means of an actuator designed as an electromagnet, for example (axially displaceable and / or rotatable).
  • the actuators can be arranged in the camshaft in particular rotatably connected thereto.
  • the drive of the adjustment can also be done by passive drive means.
  • the rotational movement of the camshaft is utilized and transferred via passive drive elements a drive movement to the adjusting element or to transfer.
  • FIG. 1 shows a detailed detail of the valve drive according to the invention according to a first embodiment of the invention with a rotatably mounted in the camshaft adjusting - shown in longitudinal section,
  • Fig. 2 formed on the circumference of the adjusting element raceway profile for guiding a coupling unit connected to the cam unit as a detail of Fig. 1 - in one
  • FIG. 3 shows a detailed section of the valve drive according to the invention according to a second possible embodiment of the invention with a displaceably mounted in the camshaft adjusting - shown in longitudinal section,
  • FIG. 3 shows the valve drive according to FIG. 3 in a position rotated by 90 ° in comparison to FIG. 3 - shown in partial section with the invisible
  • FIG. 4a shows the trained on the circumference of the adjusting element raceway profile for guiding a coupling unit connected to the coupling means in a plan view - exemplified for the gas exchange valves (intake and / or exhaust valves) of a four-cylinder internal combustion engine
  • FIG. 5 shows a drive for the movably mounted in the camshaft adjusting element in a first possible embodiment in the form of an electric motor
  • Fig. 6 shows a drive for the movably mounted in the camshaft adjusting element in a second possible embodiment in the form of an electromagnetic actuator.
  • valve gear according to the invention for gas exchange valves of an internal combustion engine of a motor vehicle is shown in a detail section in a sectional view.
  • the valve drive comprises in its essential components a camshaft 2 configured as a hollow shaft, a cam unit 4 arranged rotatably on the camshaft 2 and axially displaceable within the camshaft 2, and the adjusting means 6 according to the embodiment of FIG Adjusted as rotatable in the camshaft 2 Verstelliement 60 (adjusting), which has on its circumference a track profile LP, with a pin-shaped coupling means 4a of the cam unit 4 - through a recess 2a of the camshaft 2 through - corresponds to the cam unit 4 in Dependence on the rotation of the adjusting element 60 to move axially on the camshaft 2.
  • the cam unit 4 has a total of three different cam tracks NB (Nockenhubprofile NBa, NBb, Nbc) for different operations (modes) of the gas exchange valves and the internal combustion engine on. According to the illustrated position, the cam unit 4 is positioned in its extreme left position on the camshaft 2.
  • the cam unit 4 is maintained in the respective adjusted axial position, the camshaft 2 different (corresponding to the cam tracks) PositionierausEnglishept 2b, which acted with a - here spherical and in the radial direction (inwards in the direction of camshaft axis of rotation X) with a spring force - Positioning element 4b of the cam unit 4 cooperate.
  • the recess 2a of the camshaft 2 designed as a hollow shaft extends in particular in the axial direction parallel to the axis of rotation X of the camshaft 2 and is dimensioned in its longitudinal extent such that the cam unit 4 is movable with its pin-shaped coupling means 4a over the entire required axial displacement range.
  • Fig. 2 on the circumference of the rotatably mounted within the camshaft 2 adjusting element 60 formed career profile LP is shown in a settlement over 2 x 360 ° for the gas exchange valves (intake and / or exhaust valves) of a four-cylinder internal combustion engine.
  • the track profile LP according to the embodiment of a rotatably mounted within the camshaft 2 shown in FIG. 1 extends in the illustrated embodiment (with a total of three different, axially spaced working positions of the cam unit 4) over a total of one quarter to two camshaft revolutions (shown about 700 ° degrees).
  • connection geometry is matched to one another in such a way that a displacement respectively between the cam unit 4 and the adjustment element 60 (60 ') can take place respectively only in the base circle area of the respective cam unit 4.
  • the raceway profiles LP extend substantially in the circumferential direction, wherein a change between two cam tracks NB of the displaceable cam device 4 is achieved by an axial offset in the raceway profile LP (adjustment range VB).
  • the axially displaceable cam units 4 of the cylinders Zyl_3 and Zyl_4 are axially displaced on the camshaft 2, so that in the following combustion cycle the cam lift profiles NBb (middle Nockenhub) instead of the Nockenhubprofile NBa (largest cam lift) interact with the corresponding gas exchange valves.
  • FIGS. 3 and 4 show an alternative embodiment for an adjusting element 60 ', wherein the adjusting element 60' is guided or mounted non-rotatably but axially displaceable within the camshaft 2.
  • Fig. 3 shows a hollow shaft designed as a camshaft 2 with a rotationally fixed and axially displaceable on the camshaft 2 arranged cam unit 4. Analogous to the embodiment shown in FIGS.
  • the cam unit 4 (instead of a rotatably mounted adjusting shaft) via a Adjusting slide trained adjustment 60 'axially displaced on the camshaft 2 by the cam unit 4 with its pin-shaped coupling means 4a through a recess 2a' in the camshaft 2 into a on the circumference of the adjusting element 60 'extending substantially in the axial direction raceway profile LP' extends such that an axial displacement of the cam unit 4 on the camshaft 2 is achieved by an axial displacement of the adjusting element 60 '.
  • the track profile LP 'of the adjustment member 60' extends substantially axially (over a length L) within a small circumferential width b on the peripheral surface of the adjustment member 60 '.
  • a total of three different, navachsparallele extending in the longitudinal direction track areas (a, b, c) are present, each two axially adjacent Laufbagn Schemee (ab, bc) via an oblique track portion (Positionverstellabites / adjustment VB ') are interconnected.
  • a cam unit 4 is exactly axially displaced when the cam unit passes with its pin-shaped coupling means 4a a slanted adjusting section VB. Also in deviation from the embodiment shown in FIGS. 1 and 2, the recess 2a 'within the camshaft 2 is arranged obliquely to the axis of rotation X of the camshaft 2 extending.
  • the displaceably mounted within the camshaft 2 adjustment 60 ' is guided over a Verwarschommespin VP, which from the camshaft casing radially inwardly into a groove corresponding thereto VN of Adjusting element 60 'protrudes and thereby secures against rotation relative to the camshaft 2.
  • the raceway profiles LP 'for a four-cylinder internal combustion engine in a possible embodiment are shown in FIG 4a also for the embodiment with displaceably mounted adjustment 60'. Accordingly, starting from a current axial operating position of the adjusting element 60 '(in which all the cam units 4 are in an axial position in which the gas exchange valves of all cylinders interact with the central cam track NBb) - at a first smaller axial displacement of the adjusting element 60' the cam units 4 of the cylinders Zyl_2 and Zyl_3, and after a further axial displacement of the adjusting element 60 'axially displaces the cam units 4 of the cylinders Zy1_1 and Zyl_4, so that after a successful adjustment cycle all the cam units 4 to be displaced from the middle track portion b (depending on the adjustment direction) in the inner or outer raceway section (c or a) are moved.
  • FIGS. 5 and 6 show different drive devices (hereinafter also referred to as means 8 for moving or adjusting the adjusting element 60, 60 ').
  • the means 8 are shown in the form of an electric motor, via whose drive axis the adjusting element 60 arranged rotatably within the camshaft 2 is drivable or can be rotated relative to the camshaft 2.
  • the electric motor also designed as an adjusting slide adjusting 60 'are driven by a corresponding implementation of the rotational movement in an axial displacement movement.
  • the electric motor can, as shown, outside the camshaft 2 but also within the same - rotatably connected to this or not rotatably connected thereto - be arranged.
  • the electric motor is controlled via a corresponding control unit 80 in response to corresponding engine operating parameters p.
  • the actuator for adjusting the adjusting element 60, 60 ' may also be designed as an electromagnet or the like.
  • the drive movement which is generally provided as an axial displacement movement, can be converted by a corresponding conversion into a rotary drive movement.
  • an electromagnet (FIG. 6) is also actuated by a control unit 80 as a function of corresponding engine operating parameters p.
  • the present invention is not limited to the described embodiments.
  • an adjustable within the camshaft 2 and slidably disposed adjusting element 4 via which the coupled cam units 4 can be moved axially.
  • the camshaft 2 could have on its inner circumferential surface an internal thread or an internal toothing and the adjusting element 4 on its circumferential circumferential surface a hereby corresponding external thread or a corresponding external toothing.

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Abstract

Die vorliegende Erfindung betrifft einen Ventiltrieb für Gaswechselventile einer Brennkraftmaschine, umfassend eine Nockenwelle (2), eine auf der Nockenwelle (2) drehfest und axial verschiebbar angeordnete und eine Mehrzahl von axial nebeneinander angeordneten Nockenbahnen (NB) aufweisende Nockeneinheit (4) sowie mit der Nockeneinheit (4) zusammenwirkende Verstell mittel (6) zur axialen Verstellung der Nockeneinheit (4) auf der Nockenwelle (2). Gemäß der Erfindung umfassen die Verstell mittel (6) ein innerhalb der Nockenwelle (2) beweglich gelagert angeordnetes Verstellelement (60; 60') zur Übertragung einer Verstellbewegung des Verstellelements (60; 60') auf die Nockeneinheit (4), wobei das Verstellelement (60; 60') auf seinem Umfang ein Laufbahnprofil (LP; LP') aufweist, und wobei das Verstellelement (60; 60') mit einem mit der Nockeneinheit (4) verbundenen, eine Ausnehmung (2a) der Nockenwelle (2) durchragenden Koppelmittel (4a) zusammenwirkt. Ferner sind mit dem Verstellelement (60; 60') gekoppelte Mittel (8) zum Antrieb des Verstellelements (60; 60') vorhanden, sodass die relativ zur Nockenwelle (2) erfolgende Bewegung des Verstellelements (60; 60') eine axiale Verschiebung der Nockeneinheit (4) auf der Nockenwelle (2) bedingt.

Description

Ventiltrieb für Gaswechselventile einer Brennkraftmaschine mit axial verschiebbaren Nockeneinheiten
Beschreibung
Die vorliegende Erfindung betrifft einen Ventiltrieb für Gaswechselventile einer Brennkraftmaschine gemäß dem Oberbegriff des Patentanspruchs 1.
Gattungsbildende Ventiltriebe für Gaswechselventile von Brennkraftmaschinen sind bereits hinlänglich bekannt. Dabei werden drehfest und axial verschiebbar auf der Nockenwelle gelagerte Nockeneinheiten in einem Zusammenwirken mit stiftförmigen Betätigungselementen, welche radial in umfänglich auf den Nockeneinheiten verlaufenden Verschiebebahnen geführt sind, axial verschoben (WO 2009/056222 AI , DE 10 2007 010 149 AI, EP 1 503 048 Bl). Aus der WO 2009/056222 AI ist eine Brennkraftmotorenventiltriebumschaltvorrichtung bekannt, bei der mehrere axial auf der Nockenwelle axial verschiebbar und drehfest angeordnete Nockeneinheiten vorhanden sind, wobei zwei dieser Nockeneinheiten über eine strebenförmige auf der Nockenwelle geführte Verbindereinheit gekoppelt sind, so dass die beiden gekoppelten Nockeneinheiten jeweils gemeinsam verschiebbar auf der Nockenwelle angeordnet sind.
Aus der DE 10 2007 048 915 AI ist eine Ventiltriebvorrichtung für Gaswechselventile einer Brennkraftmaschine bekannt, bei der ein drehfest und axial auf der Nockenwelle verschiebbar gelagertes Verschiebeelement mit umfänglichen Verschiebelaufbahnen mit einer benachbarten, drehfest und axial auf einer Nockenwelle angeordneten Nockeneinheit über einen mit den Verschiebelaufbahnen des Verschiebeelements zusammenwirkenden schaltgabelförmigen Betätiger axial verschiebbar ist und in einer gewünschten axialen Position fixiert gehalten wird.
Der vorliegenden Erfindung liegt die Aufgabe zugrunde einen gattungsgemäßen Ventiltrieb für Gaswechselventile einer Brennkraftmaschine anzugeben durch den die axiale Verstellbarkeit der axial verschiebbar auf einer Nockenwelle gelagerten Nockeneinheiten funktionssicher und konstruktiv vereinfacht gewährleistet ist. Mit Vorteil soll durch den angegebenen Ventiltrieb auch die Verstellbarkeit von mehreren benachbart axial verschiebbar auf der Nockenwelle gelagerten Nockeneinheiten auf einfache Weise und funktionssicher gewährleistet werden. Insbesondere soll eine Lösung angegeben werden, durch die in erheblichem Maße Bauraum eingespart werden kann. Diese Aufgabe wird durch die Kombination der Merkmale gemäß dem Patentanspruch 1 gelöst. Bevorzugte Weiterbildungen der Erfindung sind den Unteransprüchen zu entnehmen.
Gemäß der Erfindung ist die Nockenwelle des Ventiltriebs als zumindest bereichsweise hohle Welle (insbesondere als Hohlwelle bzw. Rohrkörper) ausgebildet, in deren Innenraum ein beweglich angeordnetes Verstellelement angeordnet ist. Über das innerhalb der Nockenwelle beweglich gelagert angeordnete Verstellelement, welches über Koppelmittel mit der zumindest einen axial verschiebbar und drehfest auf der Nockenwelle angeordneten Nockeneinheit wirkverbunden bzw. mechanisch gekoppelt ist, kann die Nockeneinheit in unterschiedliche axiale Positionen auf der Nockenwelle überführt werden. Dabei ist die Kopplung zwischen Verstellelement und Nockeneinheit derart ausgebildet, dass aufgrund einer Inbewegungsetzung (z. B. Verdrehung und/oder Verschiebung) des Verstellelementes relativ zur Nockenwelle eine axiale Verschiebung der Nockeneinheit(en) auf der Nockenwelle bewirkt wird. In einer besonders bevorzugten Ausführungsform der Erfindung wird über das innerhalb der Nockenwelle beweglich gelagerte Verstellelement eine Mehrzahl von Nockeneinheiten axial verstellt. Insbesondere werden über das (gemeinsame) Verstellelement alle Nockeneinheiten einer Zylinderbank gekoppelt, so dass innerhalb eines Verstellzyklus alle auf der Nockenwelle angeordneten Nockeneinheiten (zumindest die Nockeneinheiten, die axial verschiebbar auf der Nockenwelle gelagert sind) verstellt werden können. Die axiale Verschiebung der Nockeneinheiten und die dadurch bedingte Umschaltung von einem Nockenhubprofil auf das andere Nockenhubprofil einer Nockeneinheit erfolgt in Abhängigkeit vom Betriebszustand der Brennkraftmaschine, sodass eine möglichst leistungs- und/oder verbrauchsoptimierte Betriebsweise der Brennkraftmaschine gewährleistet wird.
Mit Vorteil ist das Verstellelement als innerhalb der Nockenwelle (relativ zu dieser) verdrehbar gelagerte Verstellwelle ausgeführt.
In einer alternativen Ausführungsform kann das Verstellelement auch als axial innerhalb der Nockenwelle verschiebbar gelagerter Verstellschieber ausgeführt sein.
In beiden Fällen wird eine axial auf der Nockenwelle verschiebbar gelagerte Nockeneinheit dadurch verschoben, dass ein insbesondere stiftartig ausgeführtes und über eine Ausnehmung in der Nockenwelle (im Nockenwellenmantel) radial ins Innere der Nockenwelle gerichtetes Koppelmittel der Nockeneinheit in einem Laufbahnprofil des Verstellelementes geführt ist. Der Antrieb des Verstellelementes kann auf verschiedenste Arten und Weisen erfolgen. In einer möglichen Ausführungsform ist das Verstellelement über einen Elektromotor relativ zur Nockenwelle bewegbar (verdrehbar und/oder verschiebbar). In einer anderen Ausführungsform kann das Verstellelement auch über einen beispielsweise als Elektromagneten ausgeführten Aktuator (axial verschiebbar und/oder verdrehbar) antreibbar (axial verschiebbar und/oder verdrehbar) sein. Dabei können die Aktuatoren innerhalb der Nockenwelle insbesondere drehfest mit dieser verbunden angeordnet sein.
Alternativ zu derartigen aktiven Antriebsmitteln kann der Antrieb des Verstellelementes auch durch passive Antriebsmittel erfolgen. Bei einer derartigen Antriebsform wird die Drehbewegung der Nockenwelle ausgenutzt und über passive Antriebselemente eine Antriebsbewegung auf das Verstellelement zu übertragen bzw. zu überführen.
In den Zeichnungsfiguren sind unterschiedliche Ausführungsbeispiele der Erfindung gezeigt, welche nachstehend näher beschrieben werden.
Es zeigen:
Fig. 1 einen Detailausschnitt des erfindungsgemäßen Ventiltriebs gemäß einer ersten Ausführungsform der Erfindung mit einem verdrehbar in der Nockenwelle gelagerten Verstellelement - im Längsschnitt dargestellt,
Fig. 2 das auf dem Umfang des Verstellelementes ausgebildete Laufbahnprofil zur Führung eines mit der Nockeneinheit verbundenen Koppelmittels als Detail aus Fig. 1 - in einer
Abwicklung dargestellt - beispielhaft dargestellt für die Gaswechselventile (Einlassund/oder Auslassventile) einer vierzylindrigen Brennkraftmaschine,
Fig. 3 einen Detailausschnitt des erfindungsgemäßen Ventiltriebs gemäß einer zweiten möglichen Ausführungsform der Erfindung mit einem verschiebbar in der Nockenwelle gelagerten Verstellelement - im Längsschnitt dargestellt,
Fig. 4 den Ventiltrieb gemäß Fig. 3 in einer im Vergleich zu Fig. 3 um 90° gedrehten Position - im Teilschnitt mit Unsichtbaren dargestellt, Fig. 4a das auf dem Umfang des Verstellelementes ausgebildete Laufbahnprofil zur Führung eines mit der Nockeneinheit verbundenen Koppelmittels in einer Draufsicht dargestellt - beispielhaft dargestellt für die Gaswechselventile (Einlass- und/oder Auslassventile) einer vierzylindrigen Brennkraftmaschine,
Fig. 5 einen Antrieb für das in der Nockenwelle beweglich gelagerte Verstellelement in einer ersten möglichen Ausführungsform in Form eines Elektromotors, und
Fig. 6 einen Antrieb für das in der Nockenwelle beweglich gelagerte Verstellelement in einer zweiten möglichen Ausführungsform in Form eines elektromagnetischen Aktuators.
In Fig. 1 ist der erfindungsgemäße Ventiltrieb für Gaswechselventile einer Brennkraftmaschine eines Kraftfahrzeugs in einem Detailausschnitt in Schnittdarstellung dargestellt. Der Ventiltrieb umfasst in seinen wesentlichen Komponenten eine als Hohlwelle ausgebildete Nockenwelle 2, eine auf der Nockenwelle 2 drehfest und axial verschiebbar angeordnete Nockeneinheit 4, sowie ein innerhalb der Nockenwelle 2 beweglich angeordnetes Verstellmittel 6. Dabei ist das Verstellmittel 6 gemäß der Ausführungsform von Fig. 1 als verdrehbar in der Nockenwelle 2 gelagertes Verstelleiement 60 (Verstellwelle) ausgebildet, welches auf seinem Umfang ein Laufbahnprofil LP aufweist, mit dem ein stiftförmig ausgebildetes Koppelmittel 4a der Nockeneinheit 4 - durch eine Ausnehmung 2a der Nockenwelle 2 hindurch - korrespondiert, um die Nockeneinheit 4 in Abhängigkeit von der Verdrehung des Verstellelementes 60 axial auf der Nockenwelle 2 zu verschieben. In der dargestellten Ausführungsform ist die im Querschnitt ringzylindrisch ausgeführte Nockeneinheit 4 mit einer Innenverzahnung 4z drehfest und axial verschiebbar auf einer Außenverzahnung 2z der Nockenwelle 2 gelagert. In der dargestellten Ausführungsform weist die Nockeneinheit 4 insgesamt drei unterschiedliche Nockenbahnen NB (Nockenhubprofile NBa, NBb, Nbc) für unterschiedliche Betätigungen (Betriebsarten) der Gaswechselventile bzw. der Brennkraftmaschine auf. Gemäß der dargestellten Position ist die Nockeneinheit 4 in ihrer äußerst linken Position auf der Nockenwelle 2 positioniert. Damit die Nockeneinheit 4 in der jeweils eingestellten axialen Position gehalten bleibt weist die Nockenwelle 2 unterschiedliche (mit den Nockenbahnen korrespondierende) Positionierausnehmungen 2b auf, welche mit einem - hier kugelförmig ausgeführten und in radialer Richtung (nach innen in Richtung Nockenwellendrehachse X) mit einer Federkraft beaufschlagten - Positionierelement 4b der Nockeneinheit 4 zusammenwirken. Die Ausnehmung 2a der als Hohlwelle ausgeführten Nockenwelle 2 erstreckt sich insbesondere in axialer Richtung parallel zur Drehachse X der Nockenwelle 2 und ist in ihrer Längserstreckung derart bemessen, dass die Nockeneinheit 4 mit ihrem stiftförmigen Koppelmittel 4a über den gesamten erforderlichen axialen Verschiebebereich bewegbar ist.
In Fig. 2 ist das auf dem Umfang des drehbeweglich innerhalb der Nockenwelle 2 gelagerten Verstellelements 60 ausgebildete Laufbahnprofil LP in einer Abwicklung über 2 x 360° für die Gaswechselventile (Einlass- und/Oder Auslassventile) einer vierzylindrigen Brennkraftmaschine dargestellt. Das Laufbahnprofil LP gemäß der in Fig. 1 gezeigten Ausführungsform eines rotierbar innerhalb der Nockenwelle 2 gelagerten Verstellelementes 60 erstreckt sich in der dargestellten Ausführungsform (mit insgesamt drei verschiedenen, axial beabstandeten Arbeitspositionen der Nockeneinheit 4) über insgesamt eindreiviertel bis zwei Nockenwellenumdrehungen (dargestellt ca. 700° Winkelgrade).
Da über das Verstellelement 60 (60') insgesamt mehrere axial verschiebbare Nockeneinheiten 4 (einer einer Zylinderbank zugeordneten Nockenwelle) verschoben werden sollen, aber nicht alle Nockeneinheiten 4 gleichzeitig verschoben werden dürfen (Nockeneinheiten sind aufgrund der unterschiedlichen Steuerzeiten der Zylinder gegeneinander auf der Nockenwelle verdreht angeordnet), ist für jede Nockeneinheit 4 ein entsprechend abgestimmtes Laufbahnprofil LP (LP') vorzusehen. Der Zeitpunkt zu dem die axiale Verschiebung der einzelnen Nockeneinheiten 4 tatsächlich stattfindet ist dabei zylinderindividuell durch die Verbindungsgeometrie (Laufbahnprofil LP (LP')) zwischen dem Verstellelement 60 (60') und den einzelnen Nockeneinheiten 4 festgelegt. Die jeweilige Verbindungsgeometrie ist derart aufeinander abgestimmt, dass zwischen einer Nockeneinheit 4 und dem Verstellelement 60 (60') eine Verschiebung jeweils nur im Grundkreisbereich der jeweiligen Nockeneinheit 4 stattfinden kann bzw. darf. In den dargestellten Abwicklungen erstrecken sich die Laufbahnprofile LP im Wesentlichen in Umfangsrichtung, wobei ein Wechsel zwischen zwei Nockenbahnen NB der verschiebbaren Nockeneinrichtung 4 durch einen axialen Versatz im Laufbahnprofil LP (Verstellbereich VB) erreicht wird. Gemäß dem dargestellten Ausführungsbeispiel für eine vierzylindrige Brennkraftmaschine werden ausgehend von der aktuellen dargestellten Betrachtungsposition zuerst (nach einer Verdrehung des Verstellelements 60 um ca. 20° Winkelgrade) die axial zu verschiebenden Nockeneinheiten 4 der Zylinder Zyl_3 und Zyl_4, und anschließend (nach einer Verdrehung, ausgehend von der besagten Betrachtungsposition, um insgesamt mehr als 110° Winkelgrade) die axial zu verschiebenden Nockeneinheiten 4 der Zylinder Zyl_l und Zyl_2 axial auf der Nockenwelle 2 verschoben, sodass im folgenden Verbrennungszyklus die Nockenhubprofile NBb (mittlerer Nockenhub) anstelle der Nockenhubprofile NBa (größter Nockenhub) mit den korrespondierenden Gaswechselventilen zusammenwirken.
In den Fig. 3 und 4 ist eine alternative Ausführungsform für ein Verstellelement 60' dargestellt, wobei das Verstellelement 60' nicht verdrehbar sondern axial verschiebbar innerhalb der Nockenwelle 2 geführt bzw. gelagert ist. Fig. 3 zeigt eine als Hohlwelle ausgebildete Nockenwelle 2 mit einer drehfest und axial verschiebbar auf der Nockenwelle 2 angeordneten Nockeneinheit 4. Analog zu der in Fig. 1 und 2 dargestellten Ausführungsform wird die Nockeneinheit 4 (anstatt über eine verdrehbar gelagerte Verstellwelle) über ein als Verstellschieber ausgebildetes Verstellelement 60' axial auf der Nockenwelle 2 verschoben, indem die Nockeneinheit 4 mit ihrem stiftförmigen Koppelmittel 4a durch eine Ausnehmung 2a' in der Nockenwelle 2 bis in ein auf dem Umfang des Verstellelementes 60' sich im Wesentlichen in axialer Richtung erstreckendes Laufbahnprofil LP' erstreckt derart, dass durch eine axiale Verschiebung des Verstellelementes 60' eine axiale Verschiebung der Nockeneinheit 4 auf der Nockenwelle 2 erreicht wird. Das Laufbahnprofil LP' des Verstellelementes 60' erstreckt sich im Wesentlichen axial (über eine Länge L) innerhalb einer kleinen umfänglichen Breite b auf der Umfangsoberfläche des Verstellelements 60'. Dabei weist das Laufbahnprofil LP' analog zu der Anzahl der Nockenbahnen NB (NBa, Nßb, NBc) der Nockeneinheiten 4 in Umfangsrichtung versetzte Laufbahnbereiche (a, b, c) auf, die sich im Wesentlichen parallel zur Drehachse X der Nockenwelle 2 erstrecken. Im dargestellten Ausführungsbeispiel sind insgesamt drei verschiedene, drehachsparallele sich in Längsrichtung erstreckende Laufbahnbereiche (a, b, c) vorhanden, wobei jeweils zwei axial benachbarte Laufbagnbereiche (a-b, b-c) über einen schräg verlaufenden Laufbahnabschnitt (Positionsverstellabschnitt / Verstellbereich VB') miteinander verbunden sind. Durch die axiale Verschiebung des Verstellschiebers relativ zur Nockenwelle 2 wird eine Nockeneinheit 4 genau dann axial verschoben, wenn die Nockeneinheit mit ihren stiftförmigen Koppelmittel 4a einen schräg verlaufenden Verstellabschnitt VB passiert. Ebenfalls in Abweichung zu der in Fig. 1 und 2 dargestellten Ausführungsform ist die Ausnehmung 2a' innerhalb der Nockenwelle 2 schräg zur Drehachse X der Nockenwelle 2 verlaufend angeordnet. Die Ausnehmung 2a' verläuft in einem Winkel von ca. 45° zur Drehachse X der Nockenwelle 2 und erstreckt sich über eine umfängliche Breite zwischen den Laufbahnabschnitten (a, b, c) des Laufbahnprofils LP' für den kleinsten (c) und den größten (a) Nockenbahnhub der Nockenbahnen NB (Fig. 4). Wie in Fig. 3 dargestellt ist das verschiebbar innerhalb der Nockenwelle 2 gelagerte Verstellelement 60' über einen Verdrehsicherungspin VP geführt, welcher vom Nockenwellenmantel radial nach innen in eine hiermit korrespondierende Nut VN des Verstellelements 60' hineinragt und dadurch dieses gegen Verdrehung relativ zur Nockenwelle 2 sichert. Analog zur vorstehend beschriebenen Ausführungsform mit verdrehbar gelagertem Verstellelement 60 sind gemäß der Figur 4a auch für die Ausführungsform mit verschiebbar gelagertem Verstellelement 60' die Laufbahnprofile LP' für eine vierzylindrige Brennkraftmaschine in einer möglichen Ausgestaltung dargestellt. Demnach würden - ausgehend von einer aktuellen axialen Betriebsposition des Verstellelements 60' (in der sich alle Nockeneinheiten 4 in einer axialen Position befinden, in der die Gaswechselventile aller Zylinder mit der mittleren Nockenbahn NBb zusammenwirken) - bei einer ersten geringeren axialen Verschiebung des Verstellelements 60' die Nockeneinheiten 4 der Zylinder Zyl_2 und Zyl_3, und nach einer weiteren axialen Verschiebung des Verstellelements 60' die Nockeneinheiten 4 der Zylinder Zy!_l und Zyl_4 axial verschoben, sodass nach einem erfolgten Verstellzyklus alle zu verschiebenden Nockeneinheiten 4 vom mittleren Laufbahnabschnitt b (in Abhängigkeit von der Verstellrichtung) in den inneren oder äußeren Laufbahnabschnitt (c bzw. a) verschoben sind.
In den Fig. 5 und 6 sind unterschiedliche Antriebseinrichtungen (im Folgenden auch als Mittel 8 zur Bewegung bzw. Verstellung des Verstellelements 60; 60' bezeichnet) dargestellt. In einer ersten möglichen Ausführungsform sind die Mittel 8 in Form eines Elektromotors dargestellt, über dessen Antriebsachse das drehbar innerhalb der Nockenwelle 2 angeordnete Verstellelement 60 antreibbar bzw. relativ zur Nockenwelle 2 verdrehbar ist. Selbstverständlich kann über den Elektromotor auch ein als Verstellschieber ausgebildetes Verstellelement 60' über eine entsprechende Umsetzung der Rotationsbewegung in eine axiale Verschiebebewegung angetrieben werden. Der Elektromotor kann dabei, wie dargestellt, außerhalb der Nockenwelle 2 aber auch innerhalb derselben - drehfest mit dieser verbunden oder nicht drehfest mit dieser verbunden - angeordnet sein. Der Elektromotor wird dabei über eine entsprechende Steuereinheit 80 in Abhängigkeit von entsprechenden Motorbetriebsparametern p angesteuert. In einer alternativen Ausführungsform kann der Aktuator zur Verstellung des Verstellelementes 60, 60' auch als Elektromagnet oder dergleichen ausgebildet sein. Auch hier gilt, dass die in der Regel als axiale Verschiebebewegung vorgesehene Antriebsbewegung durch eine entsprechende Umsetzung in eine rotatorische Antriebsbewegung umgesetzt werden kann. Analog zu dem in Fig. 5 dargestellten Elektromotor wird auch ein derartiger Elektromagnet (Fig. 6) durch eine Steuereinheit 80 in Abhängigkeit von entsprechenden Motorbetriebsparametern p angesteuert. Die vorliegende Erfindung ist nicht auf die beschriebenen Ausführungsformen eingeschränkt. Vielmehr sind auch alle denkbaren Mischformen der beschriebenen Merkmale vom Gedanken der Erfindung mit umfasst - beispielsweise auch ein innerhalb der Nockenwelle 2 verdreh- und verschiebbar angeordnetes Verstellelement 4, über welches die gekoppelten Nockeneinheiten 4 axial verschoben werden können. Hierfür könnte die Nockenwelle 2 auf ihrer inneren Mantelfläche ein Innengewinde bzw. eine Innenverzahnung und das Verstellelement 4 auf seiner umfänglichen Mantelfläche ein hiermit korrespondierendes Außengewinde bzw. eine entsprechende Außenverzahnung aufweisen.
Bezugszeichenliste
Nockenwelle 2 Ausnehmung (2) 2a; 2a'
Drehachse (2) X
Verdrehsicherungspin VP
Nockeneinheit 4 Koppelmittel (4) 4a
Nockenbahn(en) (4) NB
Verstellmittel 6
Verstellelement 60; 60' Laufbahnprofil LP; LP'
Verdrehsicherungsnut VN
Mittel zur Verstellung
d. Verstellelements 8 Steuereinheit (8) 80
(Motor-)Betriebsparameter p

Claims

Patentansprüche
1. Ventiltrieb für Gaswechselventile einer Brennkraftmaschine, umfassend
- eine Nockenwelle (2),
- eine axial auf der Nockenwelle (2) drehfest und axial verschiebbar angeordnete, eine Mehrzahl von nebeneinander angeordneten Nockenbahnen (NB) aufweisende
Nockeneinheit (4), und
- mit der Nockeneinheit (4) zusammenwirkende Verstellmittel (6) zur axialen
Verstellung der Nockeneinheit (4) auf der Nockenwelle (2),
dadurch gekennzeichnet, dass
die Verstellmittel (6) umfassen:
- ein innerhalb der Nockenwelle (2) beweglich gelagert angeordnetes Verstellelement (60; 60') zur Übertragung einer Verstellbewegung des Verstellelements (60; 60') auf die Nockeneinheit (4), wobei das Verstellelement (60; 60') auf seinem Umfang ein Laufbahnprofil (LP; LP') aufweist, und wobei das Verstellelement (60; 60') mit einem mit der Nockeneinheit (4) verbundenen, eine Ausnehmung (2a) der Nockenwelle (2) durchragenden Koppelmittel (4a) zusammenwirkt, sowie
- mit dem Verstellelement (60; 60') gekoppelte Mittel (8) zum Antrieb des
Verstellelements (60; 60'),
sodass die relativ zur Nockenwelle (2) erfolgende Bewegung des Verstellelements (60; 60') eine axiale Verschiebung der Nockeneinheit (4) auf der Nockenwelle (2) bedingt.
2. Ventiltrieb nach Anspruch 1, dadurch gekennzeichnet, dass
- eine Mehrzahl von Nockeneinheiten (4) mit einem gemeinsamen Verstellelement (60; 60') gekoppelt sind.
3. Ventiltrieb Anspruch 2, dadurch gekennzeichnet, dass
- alle Nockeneinheiten (4) einer Zylinderbank mit dem gemeinsamen Verstellelement (60; 60') gekoppelt sind.
4. Ventiltrieb nach einem der vorstehenden Ansprüche 1-3, dadurch gekennzeichnet, dass
- die Mittel (8) zur Bewegung des Verstellelements (60; 60') in Form passiver Antriebsmittel ausgebildet sind, über welche aus der Bewegung der Nockenwelle (2) zumindest zeitweise eine Bewegung des Verstellelements (60; 60') generierbar ist.
5. Ventiltrieb nach einem der vorstehenden Ansprüche 1-3, dadurch gekennzeichnet, dass
- die Mittel (8) zur Bewegung des Verstellelements (60; 60') in Form aktiver
Antriebsmittel ausgebildet sind.
6. Ventiltrieb nach Anspruch 5, dadurch gekennzeichnet, dass
- die Mittel (8) zur Bewegung des Verstellelements (60; 60') einen Elektromotor umfassen.
7. Ventiltrieb nach Anspruch 5, dadurch gekennzeichnet, dass
- die Mittel (8) zur Bewegung des Verstellelements (60; 60') einen Elektromagneten umfassen.
8. Ventiltrieb nach einem der vorstehenden Ansprüche 5-7, dadurch gekennzeichnet, dass
- die Mittel zur Bewegung des Verstellelements (60; 60') zumindest teilweise im Inneren der Nockenwelle (2) angeordnet sind.
9. Ventiltrieb nach einem der vorstehenden Ansprüche 1-8, dadurch gekennzeichnet, dass
- das Verstellelement (60) verdrehbar in der Nockenwelle (2) gelagert ist.
10. Ventiltrieb nach Anspruch 9, dadurch gekennzeichnet, dass
- das Laufbahnprofil (LP) sich im Wesentlichen in Umfangsrichtung erstreckt, wobei ein Wechsel zwischen zwei Nockenbahnen (NB) durch einen axialen Versatz im Laufbahnprofil (LP) erreicht wird.
11. Ventiltrieb nach Anspruch 10 oder 11, dadurch gekennzeichnet, dass
- die Ausnehmung (2a) für die Koppelmittel (4a) sich in axialer Richtung parallel zur Drehachse (X) der Nockenwelle (2) erstreckt.
12. Ventiltrieb nach einem der vorstehenden Ansprüche 1-10, dadurch gekennzeichnet, dass
- das Verstellelement (60') axial verschiebbar in der Nockenwelle (2) gelagert ist.
13. Ventiltrieb nach Anspruch 12, dadurch gekennzeichnet, dass
- das Laufbahnprofil (LP') sich im Wesentlichen in axialer Richtung erstreckt, wobei ein Wechsel zwischen zwei Nockenbahnen (NB) durch einen Versatz im Laufbahnprofil (LP') in Umfangsrichtung erreicht wird.
14. Ventiltrieb nach Anspruch 13 oder 14, dadurch gekennzeichnet, dass
- die Ausnehmung (2a') für die Koppelmittel (4a') sich in einem Winkel zur Drehachse (X) der Nockenwelle (2) erstreckt.
15. Ventiltrieb nach einem der vorstehenden Ansprüche, dadurch gekennzeichnet, dass
- das Koppelmittel (4a; 4a') stiftförmig ausgebildet ist.
16. Ventiltrieb nach einem der vorstehenden Ansprüche, dadurch gekennzeichnet, dass
- das Koppelmittel (4a; 4a') an seinem einen Ende kraft- und/oder formschlüssig mit der Nockeneinheit (4) verbunden ist und an seinem anderen Ende in dem
Laufbahnprofil (LP; LP') des Verstellelements (60; 60') formschlüssig geführt ist.
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