WO2012100855A1 - Schiebenockensystem mit reibarretierung - Google Patents

Schiebenockensystem mit reibarretierung Download PDF

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WO2012100855A1
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sliding cam
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cam system
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Andreas Nendel
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Schaeffler Technologies AG & Co. KG
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    • 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
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Definitions

  • Sliding cam system with sliding cam which are rotatably but axially displaceably arranged on a basic shaft, preferably on a shaft serving as a camshaft of a reciprocating internal combustion engine, with a device for at least one extendable actuator pin, preferably electromagnetically operable for adjusting the sliding cam in different axial positions, wherein the adjustment is effected by means of sliding grooves cooperating with the actuator pin, which are in operative connection with the sliding cams, and the Verstelivorides is fixedly arranged on a component of the internal combustion engine, and with a device for locking the sliding cam in the different axial positions.
  • Such a sliding cam system is known from EP-0 798 451 A1.
  • the sliding cams of this system are displaced on grooves of the shaft so that adjacently positioned cams moving Hubs control the gas exchange valves via actuators differently.
  • the object of the invention is therefore to improve a sliding cam system of the type described in such a way that the disadvantages described above are eliminated, wherein the inlet area is minimized and the outlet area of the sliding grooves is omitted.
  • the sliding cam system should also be able to be used for small distances between the cylinders or the gas exchange valves of the reciprocating internal combustion engine.
  • the object of the invention is achieved in that the locking device is designed as Reibarret mich, which is on the one hand with the sliding cam and on the other hand with an axially fixed component in operative connection.
  • the sliding head with spring can be arranged in the basic shaft and the Reibumbleelement be provided on the inner surface of the sliding cam.
  • the fundamental wave can also have a continuous bore with two counter-rotating friction bodies, which are in operative connection with mating surfaces of the inner shell of the sliding cam.
  • the sliding head is arranged with spring in the sliding cam itself and the Reibumbleelement provided on the outer surface of the fundamental shaft. Then no weakening of the fundamental wave is to be feared, since it is easily possible to provide the bore on the sliding cam without its weakening.
  • the sliding head with spring can also be arranged in a stationary component of the internal combustion engine, in particular a part of the cylinder head of the internal combustion engine or a separate component, and the friction counter element can be provided on the outer jacket of the sliding cam.
  • the friction counter element can be part of the basic shaft or the sliding be, ie no special component is required. An existing surface can be used for this purpose.
  • the Reibumbleelement is designed as a separate component which is arranged on the sliding cam or on the fundamental shaft or fixed there. Then, e.g. the friction due to the rotation of the sliding cams must be separated from the friction catch and between the separate component and the sliding cams.
  • the sliding head can be designed as desired. He can z. B. have a profile that the profile, z. B. hub profile, the fundamental or sliding cam, so the Reibumbleelement corresponds. It can also be designed as a sliding block, in particular when it corresponds to an outer surface of the sliding cam to z. B. to improve the sliding friction
  • the sliding grooves can be incorporated not only on the outer circumference of the sliding cam, but also in a separate disc-shaped component, wherein, however, the disc-shaped member is connected to the sliding cam at least in the axial direction of the sliding cam.
  • Figure 1 a section through a sliding cam overlooking the
  • FIG. 2 a similar section with modified sliding cam
  • FIG. 3 a further section similar to FIG. 1.
  • 1 denotes a fundamental wave which is not shown in any more detail and is driven by a crankshaft of the reciprocating internal combustion engine.
  • the fundamental wave 1 has on its outer circumference z.
  • the sliding cam 2 each have three cam discs 4a, 4b, 4c, which have different elevation curves, so that the gas exchange valves can be operated differently, wherein between the cam discs 4a - 4c, a transition region 2a is provided.
  • a bearing 3 for the radial guidance of the sliding cam 2 is provided on the transition region 2 a.
  • the cams 4a to 4c have a common base circle, so that in this area can be made any axial displacement.
  • the cams 4a-4c are in operative connection with an actuating element 5 which, not shown, controls gas exchange valves of the reciprocating internal combustion engine.
  • the actuators 5 may be formed as Schleppoder rocker arm or the like.
  • a disc-shaped member 6 is mounted in addition to the sliding cam 2 having sliding grooves 7, which can communicate with at least one actuator pin, not shown, and thereby cause a displacement of the shift cam 2 when the actuators 5 in the area the basic groups are located.
  • the fundamental shaft 1 has a through hole in which a spring 8 and two sliding heads 9 and 9a are installed.
  • the sliding heads 9 and 9a are due to the force of the spring 8 with the inner shell of the sliding cam 2 in operative connection, so that the sliding cam 2 against the fundamental shaft 1 are secured against axial displacement, especially if the or the Aktorit (e) not with the Slide grooves 7 are in operative connection.
  • the transition region 2a of the sliding cam 2 has a bore in which the spring 8 and a sliding head 9 are arranged, wherein the sliding head 9 is supported on the outer shell of the fundamental shaft 1 and there causes the Reibarretmaschine.
  • the bore is provided with a sealing plug, on which the spring 8 can be supported.
  • a bore is provided in the bearing 3, in which the spring 8 and the sliding head 9 are used.
  • This sliding head 9 is in operative connection with a sleeve 10 which is arranged axially fixed on the sliding cam 2.
  • the sleeve 10 may be arranged both fixed on the transition region 2a, but it may also be designed as a bearing ring, wherein the rotational movement of the sliding cam 2 between the sleeve 10 and the transition region 2a and only the axial sliding movement between the sliding head 9 and the sleeve 10th is provided.

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Abstract

Schiebenockensystem mit Schiebenocken (2), die auf einer Grundwelle (1), vorzugsweise auf einer als Nockenwelle einer Hubkolbenbrennkraftmaschine dienenden Welle, drehfest, aber axial verschiebbar, angeordnet sind, mit einer zumindest einen ausfahrbaren Aktorstift aufweisenden, vorzugsweise elektromagnetisch betätigbaren Vorrichtung zur Verstellung der Schiebenocken (2) in unterschiedliche axiale Positionen, wobei die Verstellung mittels mit dem Aktorstift zusammenwirkenden Verschiebenuten erfolgt, die mit den Schiebenocken in Wirkverbindung stehen, und die Versteilvorrichtung ortsfest an einem Bauteil der Brennkraftmaschine angeordnet ist, und mit einer Vorrichtung zur Arretierung der Schiebenocken (2) in den unterschiedlichen axialen Positionen und wobei die Arretiervorrichtung als Reibarretierung ausgebildet ist, die einer seits mit den Schiebenocken (2) und andererseits mit einem axial feststehenden Bauteil in Wirkverbindung steht.

Description

Bezeichnung der Erfindung
Schiebenockensystem mit Reibarretierung Beschreibung
Gebiet der Erfindung
Schiebenockensystem mit Schiebenocken, die auf einer Grundwelle, vorzugs- weise auf einer als Nockenwelle einer Hubkolbenbrennkraftmaschine dienenden Welle, drehfest, aber axial verschiebbar angeordnet sind, mit einer zumindest einen ausfahrbaren Aktorstift aufweisenden, vorzugsweise elektromagnetisch betätigbaren Vorrichtung zur Verstellung der Schiebenocken in unterschiedliche axiale Positionen, wobei die Verstellung mittels mit dem Aktorstift zusammenwirkenden Verschiebenuten erfolgt, die mit den Schiebenocken in Wirkverbindung stehen, und die Verstelivorrichtung ortsfest an einem Bauteil der Brennkraftmaschine angeordnet ist, und mit einer Vorrichtung zur Arretierung der Schiebenocken in den unterschiedlichen axialen Positionen. Hintergrund der Erfindung
Ein derartiges Schiebenockensystem ist aus der EP- 0 798 451 A1 bekannt. Die Schiebenocken dieses Systems werden auf Nuten der Welle so verschoben, dass nebeneinander positionierte Nockenscheiben verschiebenden Hubs die Gaswechselventile über Betätigungselemente unterschiedlich steuern.
Zur Arretierung der Schiebenocken in den verschiedenen axialen Positionen entsprechend der Ausrichtung der Nockenscheiben zu dem Betätigungselement sind zwischen der Grundwelle und den Schiebenocken Arretiervorrichtun- gen vorgesehen, die aus Bohrungen in der Grundwelle mit dort angeordneten Federn und Arretierkörpern sowie zugeordneten Ausnehmungen am Innenumfang der Schiebenocken bestehen. Bei einem derartigen Schiebenockensystem besteht das Problem, das die Toleranzkette zwischen dem Aktor bzw. Aktorstift und den Verschiebenuten verhältnismäßig groß sein muss, weil die Schiebenocken aus ihrer theoretisch korrekten Lage in eine Position, die durch den Arretierkörper und die zugeord- nete Ausnehmung bestimmt ist, verschoben wird. Dies führt zu breiten Einlaufund Auslaufbereichen der Schiebenocken für den oder die Aktorstifte.
Des Weiteren ist eine nicht unerhebliche Axialkraft zwischen Aktorstift und Verschiebenut erforderlich, um die Schiebenocken aus der Arretierung zu ver- schieben, weil der Arretierkörper über die Flanke der Ausnehmung gegen die Kraft der Feder bewegt werden muss.
Aufgabe der Erfindung Aufgabe der Erfindung ist es daher, ein Schiebenockensystem der beschriebenen Art so zu verbessern, dass die zuvor beschriebenen Nachteile behoben werden, wobei der Einlaufbereich minimiert und der Auslaufbereich der Verschiebenuten entfallen soll. Das Schiebenockensystem soll dabei auch für kleine Abstände der Zylinder bzw. der Gaswechselventile der Hubkolben- brennkraftmaschine benutzt werden können.
Diese Maßnahmen sollen mit einfachen kostengünstigen Mitteln erreicht werden. Zusammenfassung der Erfindung
Die Aufgabe der Erfindung wird dadurch gelöst, dass die Arretiervorrichtung als Reibarretierung ausgebildet ist, die einerseits mit den Schiebenocken und andererseits mit einem axialfesten Bauteil in Wirkverbindung steht.
Dadurch entfallen die Toleranzprobleme zwischen den Ein- und Auslaufbereichen der Verschiebenuten und der Rastung der Arretiervorrichtung. Des Weiteren entfallen die Axialkräfte zwischen Aktorstift und Verschiebenut, um den Arretierkörper aus der Ausnehmung heraus zu bewegen. Die Reibarretierung hält dabei die Schiebenocken dort fest, wo der Aktorstift sie beim Auslauf aus den Verschiebenuten hin bewegt hat. Die Reibarretierung kann dabei so ausgelegt werden, dass sie zur axialen Festlegung der Schiebenocken ausreicht ohne zu große Axialkräfte beim Verschieben zu verursachen.
In vorteilhafter Weise weist die Reibarretierung einen federbelasteten Gleitkopf und ein Reibgegenelement auf. Der Gleitkopf mit Feder kann dabei in der Grundwelle angeordnet und das Reibgegenelement am Innenmantel der Schiebenocken vorgesehen sein.
Die Grundwelle kann aber auch eine durchgehende Bohrung aufweisen mit zwei gegengerichteten Reibkörpern, die mit Gegenflächen des Innenmantels der Schiebenocken in Wirkverbindung stehen.
In vorteilhafter Weise ist der Gleitkopf mit Feder in den Schiebenocken selbst angeordnet und das Reibgegenelement am Außenmantel der Grundwelle vorgesehen. Dann ist keine Schwächung der Grundwelle zu befürchten, da es leicht möglich ist, die Bohrung an den Schiebenocken ohne deren Schwächung vorzusehen.
Der Gleitkopf mit Feder kann aber auch in einem feststehenden Bauteil der Brennkraftmaschine, insbesondere einem Teil des Zylinderkopfs der Brenn- kraftmaschine oder einem getrennten Bauteil angeordnet und das Reibgegenelement am Außenmantel der Schiebenocken vorgesehen sein. Dann tritt zwar zwischen dem Gleitkopf und dem Außenmantel der Schiebenocken eine gewisse Reibung aufgrund der Drehung der Schiebenocken auf, diese kann jedoch durch die im Zylinderkopf vorhandene gute Schmierung kompensiert werden. Das Reibgegenelement kann Bestandteil der Grundwelle oder der Schiebeno- cken sein, d.h. es ist kein besonderes Bauteil erforderlich. Es kann eine vorhandene Fläche dazu benutzt werden.
Es kann aber auch vorteilhaft sein, wenn das Reibgegenelement als getrenntes Bauteil ausgebildet ist, das an den Schiebenocken oder an der Grundwelle angeordnet oder dort befestigt ist. Dann kann z.B. die Reibung aufgrund der Drehung der Schiebenocken von der Reibarretierung getrennt sein und zwischen dem getrennten Bauteil und den Schiebenocken erfolgen. Der Gleitkopf kann beliebig ausgebildet sein. Er kann z. B. ein Profil aufweisen, das dem Profil, z. B. Zahnnabenprofil, der Grundwelle oder der Schiebenocken, also dem Reibgegenelement, entspricht. Er kann auch als Gleitschuh ausgebildet sein, insbesondere dann, wenn er mit einer Außenfläche der Schiebenocken korrespondiert, um z. B. die Gleitreibung zu verbessern
In weiterer Ausgestaltung der Erfindung wird vorgeschlagen, das die Verschiebenuten nicht nur am Außenumfang der Schiebenocken, sondern auch in einem getrennten scheibenförmigen Bauteil eingearbeitet sein können, wobei allerdings das scheibenförmige Bauteil mit den Schiebenocken zumindest in Axialrichtung der Schiebenocken verbunden ist.
Kurze Beschreibung der Zeichnung
Zur weiteren Erläuterung der Erfindung wird auf die Zeichnungen verwiesen, denen Ausführungsbeispiele der Erfindung vereinfacht dargestellt sind.
Es zeigen:
Figur 1 : einen Schnitt durch einen Schiebenocken mit Blick auf die
Grundwelle,
Figur 2: einen ähnlichen Schnitt mit modifiziertem Schiebenocken und Figur 3: einen weiteren Schnitt ähnliche Figur 1. Detaillierte Beschreibung der Zeichnungen
In den Figuren 1 bis 3 ist, so weit im Einzelnen dargestellt, mit 1 eine Grundwelle bezeichnet, die nicht näher dargestellt, von einer Kurbelwelle der Hubkolben- brennkraftmaschine angetrieben wird. Die Grundwelle 1 weist auf ihrem Außenumfang z. B. ein Zahnnabenprofil auf, auf dem ein Schiebenocken 2 drehfest, aber axial verschiebbar gelagert ist. Der Schiebenocke 2 weisen je drei Nockenscheiben 4a, 4b, 4c auf, die unterschiedliche Erhebungskurven aufweisen, so dass die Gaswechselventile unterschiedlich betätigt werden können, wobei zwischen den Nockenscheiben 4a - 4c ein Übergangsbereich 2a vorgesehen ist. Im Ausführungsbeispiel gemäß den Figuren 1 und 3 ist am Übergangsbereich 2a ein Lager 3 zur radialen Führung der Schiebenocken 2 vorgesehen. Die Nockenscheiben 4a bis 4c weisen einen gemeinsamen Grundkreis auf, so dass in diesem Bereich eine beliebige axiale Verschiebung erfolgen kann. Die Nockenscheiben 4a - 4c stehen mit einem Betätigungselement 5 in Wirkverbindung, das nicht dargestellt, Gaswechselventile der Hubkolbenbrenn- kraftmaschine beherrschen. Die Betätigungselemente 5 können als Schleppoder Kipphebel oder dergleichen ausgebildet sein. In den Figuren 1 und 3 ist neben den Schiebenocken 2 ein scheibenförmiges Bauteil 6 angebaut, das Schiebenuten 7 aufweist, die mit zumindest einem nicht dargestellten Aktorstift in Verbindung treten können und dadurch eine Verschiebung der Verschiebenocken 2 dann verursachen, wenn die Betätigungselemente 5 sich im Bereich der Grundkreise befinden.
In Figur 1 weist die Grundwelle 1 eine durchgehende Bohrung auf, in der eine Feder 8 und zwei Gleitköpfe 9 und 9a eingebaut sind. Die Gleitköpfe 9 und 9a stehen aufgrund der Kraft der Feder 8 mit dem Innenmantel des Schiebenockens 2 in Wirkverbindung, so dass der Schiebenocken 2 gegenüber der Grundwelle 1 gegen axiales Verschieben gesichert sind, insbesondere dann, wenn der oder die Aktorstift(e) nicht mit den Schiebenuten 7 in Wirkverbindung stehen. Im Ausführungsbeispiel gemäß Figur 2 weist der Übergangsbereich 2a der Schiebenocken 2 eine Bohrung auf, in der die Feder 8 und ein Gleitkopf 9 angeordnet sind, wobei der Gleitkopf 9 sich an dem Außenmantel der Grundwelle 1 abstützt und dort die Reibarretierung verursacht. Dabei ist die Bohrung mit einem Verschlussstopfen versehen, an dem sich die Feder 8 abstützen kann.
In Figur 3 ist in dem Lager 3 eine Bohrung vorgesehen, in der die Feder 8 und der Gleitkopf 9 eingesetzt sind. Dieser Gleitkopf 9 steht mit einer Hülse 10 in Wirkverbindung, die axialfest auf dem Schiebenocken 2 angeordnet ist. Die Hülse 10 kann sowohl ortsfest auf dem Übergangsbereich 2a angeordnet sein, sie kann aber auch als Lagerring ausgeführt sein, wobei die Drehbewegung der Schiebenocken 2 zwischen der Hülse 10 und dem Übergangsbereich 2a erfolgt und nur die axiale Gleitbewegung zwischen dem Gleitkopf 9 und der Hülse 10 vorgesehen ist.
Bezugszeichenliste
1 Grundwelle
2 Schiebenocken
2a Übergangsbereich
3 Lager
4a, 4b, 4c Nockenscheiben
5 Betätigungselement
6 scheibenförmiges Bauteil
7 Schiebenuten
8 Feder
9, 9a Gleitköpfe
10 Hülse

Claims

Patentansprüche
1. Schiebenockensystem mit Schiebenocken (2), die auf einer Grundwelle
(1) , vorzugsweise auf einer als Nockenwelle einer H ubkolben brenn kraft- maschine dienenden Welle, drehfest, aber axial verschiebbar angeordnet sind, mit einer zumindest einen ausfahrbaren Aktorstift aufweisenden, vorzugsweise elektromagnetisch betätigbaren Vorrichtung zur Verstellung der Schiebenocken
(2) in unterschiedliche axiale Positionen, wobei die Verstellung mittels mit dem Aktorstift zusammenwirkenden Verschiebenuten erfolgt, die mit den Schiebe- nocken in Wirkverbindung stehen, und die Versteilvorrichtung ortsfest an einem Bauteil der Brennkraftmaschine angeordnet ist, und mit einer Vorrichtung zur Arretierung der Schiebenocken (2) in den unterschiedlichen axialen Positionen, dadurch gekennzeichnet, dass die Arretiervorrichtung als Reibarretierung ausgebildet ist, die einerseits mit den Schiebenocken (2) und andererseits mit einem axial feststehenden Bauteil in Wirkverbindung steht.
2. Schiebenockensystem nach Anspruch 1 , dadurch gekennzeichnet, dass die Reibarretierung einen federbelasteten Gleitkopf (9, 9a) und ein Reibgegenelement aufweist.
3. Schiebenockensystem nach einem der Ansprüche 1 oder 2, dadurch gekennzeichnet, dass der Gleitkopf (9 oder 9a) mit Feder (8) in der Grundwelle (1 ) angeordnet ist und das Reibgegenelement am Innenmantel der Schiebenocken (2) vorgesehen ist.
4. Schiebenockensystem nach Anspruch 3, dadurch gekennzeichnet, dass die Grundwelle (1 ) eine durchgehende Bohrung mit zwei gegengerichteten Gleitköpfen (9, 9a) aufweist.
5. Schiebenockensystem nach einem der Ansprüche 1 oder 2, dadurch gekennzeichnet, dass der Gleitkopf (9) mit Feder (8) in den Schiebenocken (2) angeordnet ist und das Reibgegenelement am Außenmantel der Grundwelle (1) vorgesehen ist.
6. Schiebenockensystem nach einem der Ansprüche 1 oder 2, dadurch gekennzeichnet, dass der Gleitkopf (9) mit Feder (8) in einem feststehenden Bauteil der Brennkraftmaschine, insbesondere des Zylinderkopfes der Brenn- kraftmaschine, angeordnet und das Reibgegenelement am Außenmantel der Schiebenocken (2) vorgesehen ist.
7. Schiebenockensystem nach einem der vorhergehenden Ansprüche, dadurch gekennzeichnet, dass das Reibgegenelement Bestandteil der Grundwelle (1 ) oder der Schiebenocken (2) ist.
8. Schiebenockensystem nach einem der vorhergehenden Ansprüche, dadurch gekennzeichnet, dass das Reibgegenelement als getrenntes Bauteil ausgebildet ist, dass an den Schiebenocken (2) oder an der Grundwelle (1 ) angeordnet und/oder befestigt ist.
9. Schiebenockensystem nach einem der vorhergehenden Ansprüche, dadurch gekennzeichnet, dass die Verschiebenuten (7) am Umfang des Ü- bergangsbereichs (2a) oder einem scheibenförmigen Bauteil (6) eingearbeitet sind, wobei das scheibenförmige Bauteil (6) mit den Schiebenocken (2) verbunden ist.
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