WO2013159765A1 - Vorrichtung für einen ventiltrieb zum umschalten des hubs von gaswechselventilen einer brennkraftmaschine - Google Patents

Vorrichtung für einen ventiltrieb zum umschalten des hubs von gaswechselventilen einer brennkraftmaschine Download PDF

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WO2013159765A1
WO2013159765A1 PCT/DE2013/000236 DE2013000236W WO2013159765A1 WO 2013159765 A1 WO2013159765 A1 WO 2013159765A1 DE 2013000236 W DE2013000236 W DE 2013000236W WO 2013159765 A1 WO2013159765 A1 WO 2013159765A1
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switching
contour
umschaltkulisse
support
camshaft
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PCT/DE2013/000236
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Steffen Doller
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Iav Gmbh
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    • F—MECHANICAL ENGINEERING; LIGHTING; HEATING; WEAPONS; BLASTING
    • F01—MACHINES OR ENGINES IN GENERAL; ENGINE PLANTS IN GENERAL; STEAM ENGINES
    • F01L—CYCLICALLY OPERATING VALVES FOR MACHINES OR ENGINES
    • 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
    • F—MECHANICAL ENGINEERING; LIGHTING; HEATING; WEAPONS; BLASTING
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    • F01L13/0015—Modifications of valve-gear to facilitate reversing, braking, starting, changing compression ratio, or other specific operations for optimising engine performances by modifying valve lift according to various working parameters, e.g. rotational speed, load, torque
    • F01L13/0036—Modifications of valve-gear to facilitate reversing, braking, starting, changing compression ratio, or other specific operations for optimising engine performances by modifying valve lift according to various working parameters, e.g. rotational speed, load, torque the valves being driven by two or more cams with different shape, size or timing or a single cam profiled in axial and radial direction
    • F—MECHANICAL ENGINEERING; LIGHTING; HEATING; WEAPONS; BLASTING
    • F01—MACHINES OR ENGINES IN GENERAL; ENGINE PLANTS IN GENERAL; STEAM ENGINES
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    • 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
    • F01L2013/0078—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 by modification of cam contact point by axially displacing the camshaft

Definitions

  • the present invention relates to a device for a valve train for switching the stroke of gas exchange valves of an internal combustion engine with a parallel to a cam shaft extending push rod.
  • the invention is based on a valve train in which the gas exchange valves, in particular intake valves and exhaust valves of an internal combustion engine, are actuated directly or indirectly by means of a camshaft. To switch the valve lift are on the camshaft
  • Cam units on the camshaft each cam of the cam group is brought into engagement with the corresponding gas exchange valve and the stroke of
  • the cam carrier is rotatably mounted, but axially displaceable on a camshaft and has a plurality of axially spaced cams with different cam lobes, which are combined to form a cam group for the respective gas exchange valve.
  • an engagement element engages continuously, which performs a stroke in the axial direction according to the course of the endless groove.
  • the engagement element can be locked in certain positions, whereby the cam carrier an axial Movement is imposed so as to switch between the cam for driving a gas exchange valve.
  • Intervention element necessary, which must be activated at the right time.
  • the published patent application DE 10 2009 030 373 A1 describes a valve drive for an internal combustion engine with variable-stroke gas exchange valve actuation.
  • the camshaft of the valve drive comprises a carrier shaft and a non-rotatably, but axially displaceable cam piece.
  • the cam piece includes cam groups of immediately adjacent cams with different elevations. End of the cam piece, a gate is provided to move the cam piece relative to the carrier shaft by a coupling of an actuating element axially.
  • the revolving with the support shaft cam piece is mounted in a camshaft bearing.
  • the Verstellkulisse on the cam piece is arranged outside of the camshaft bearing, resulting in further axial space for each cam piece.
  • a separate actuator is required for each adjustment.
  • two actuators are used for each cylinder of the internal combustion engine. This increased control effort and component costs in connection with the space requirement represents a major disadvantage of the device.
  • the valve train consists of a camshaft, which consists of a carrier shaft and then rotatably, but axially
  • cam piece On the cam piece is a cam group immediately adjacent cam with different elevations and an axial backdrop.
  • the cam piece is also with a
  • Bearing journals and the adjacent axial slide are overlapped by the camshaft bearing, so that the actuator for displacing the cam piece is positioned on the camshaft bearing and extends radially through the bearing for engagement in the Axialkulisse. Since the Axialkulisse and also the bearing pin are overlapped by the camshaft bearing, the bearing must be made particularly wide in order to provide the required bearing surface according to the bearing loads. This leads to an increased space requirement.
  • the system can only be used in internal combustion engines with '
  • valve spacing or cylinder spacing can be used.
  • an actuating element for each cam piece is also required in this system. This is contrary to the current development goal of compact internal combustion engines.
  • the camshaft of the valve drive comprises a drive shaft with at least one rotatably fixed thereto, but axially displaceable
  • cam piece with a group of axially adjacent cams.
  • the cams have different cam lobes.
  • the cam piece is
  • Cam bearing bearing bush in a camshaft bearing radially
  • the additional bearing bush is axially displaceable together with the cam piece relative to the camshaft bearing point and the drive shaft, wherein the bearing bush is secured in the camshaft bearing point against rotation.
  • Bearing bush arranged one above the other coaxially and stored in the camshaft bearing.
  • a pin is positioned parallel to the axis of rotation of the drive shaft, which performs an oscillating movement through an introduced in the rotating cam piece guide with axial stroke.
  • the pin is temporarily axially fixed by a locking device at the appropriate location. As a result, the cam piece is supported on the fixed pin.
  • Cam piece is imposed on an axial movement and initiated a switching operation.
  • Switching device of a cam piece is to provide a separate locking device, which must initiate a switching operation at the right time.
  • the pin also leads to high loads in the guide groove during the Shift. Furthermore, the pin is subject to high wear, since the pin must be clamped for each switching operation.
  • circumferential contours can be positioned.
  • the adjusting pin is displaced and held in the axial direction in order to come into contact with one of the two contours and to initiate the axial adjustment of the camshaft in the corresponding direction.
  • Camshaft as there is no overlap of the cam base circles between the different cylinders.
  • the backdrop requires an increase in the length of the camshaft.
  • Gas exchange valves of an internal combustion engine in which on a camshaft, a cam unit with a plurality of juxtaposed different cam tracks rotatably and axially displaceably mounted and the cam unit is axially displaceable by means of an adjusting means.
  • the adjusting means comprises a movably mounted within the camshaft adjusting element for transmitting the adjustment movement on the cam unit.
  • the adjusting element on its circumference on a raceway profile, which cooperates with a coupling element, wherein the coupling element is further connected by a recess in the camshaft with the cam unit.
  • Gas exchange valves is achieved by an axial offset in the raceway profile, which results from a relative rotation of the adjusting element relative to the camshaft.
  • the object of the invention is an apparatus for a valve train for switching the stroke of gas exchange valves of an internal combustion engine
  • the object is achieved by a device having the features of claim 1 and a method having the features of claim 7.
  • the invention provides an apparatus with which the stroke of
  • Gas exchange valves of a valve train of an internal combustion engine can be varied in a particularly advantageous manner during operation of the internal combustion engine.
  • a camshaft of the valve train is constructed from a carrier shaft configured as a hollow shaft and at least one cam unit mounted on the carrier shaft.
  • the at least one cam unit is rotatably connected to the carrier shaft, but axially displaceably connected.
  • On the cam unit is at least one cam group of axially adjacent cams with an identical base circle, but with different cam contours and / or different
  • At least one cam group is associated with a gas exchange valve, which is used as an outlet valve or inlet valve.
  • the cam group associated gas exchange valve is located alternately with one of different cam of the cam group in operative connection.
  • Displacement of the cam unit relative to the gas exchange valve is in each case a cam of the associated cam group can be brought into operative contact with the gas exchange valve.
  • the shift occurs when the associated gas exchange valve is in operative contact with the respective cam in the region of the base circle.
  • the cam unit is at least partially formed by means of a cam unit
  • the Umschaltkulisse is axially displaceable in a housing for a first and at least one further switching position and rotatably mounted relative to the cam unit and has at least one switching contour and
  • the push rod is mounted axially displaceable within the carrier shaft and rotatably connected to the carrier shaft. This results in a coaxial from inside to outside successive arrangement of push rod, carrier shaft, cam unit and Umschaltkulisse, all adjacent elements are mounted to each other axially displaceable.
  • the Umschaltkulisse includes in
  • At least one end of the push rod means for axial displacement and axial locking of the push rod are provided.
  • Push rod are moved axially from a first position in at least one other position and locked axially in the respective position.
  • At least one axially displaceable cam unit at least three pins are provided, wherein a first pin is fixedly connected as Umschaltpin with the push rod and can be brought into operative contact by recesses in the carrier shaft and cam unit with the at least one switching contour of Umschaltkulisse.
  • a second pin as a support pin is connected to the push rod and through recesses in the carrier shaft and cam unit with the at least one support contour of
  • Switching gate can be brought into operative contact.
  • a third pin is fixedly connected as sliding pin with the cam unit and can be brought into operative contact with the switching contour of the Umschaltkulisse.
  • the recesses in the carrier shaft and cam unit are designed so that an axial displacement of push rod, carrier shaft and
  • Cam unit is enabled to each other.
  • the at least three pins are arranged relative to one another in such a way that, in a first chain of action, a continuous operative contact of the push rod with the changeover pin is required
  • Umschaltkulisse can be produced and in at least one other chain of action a continuous active contact of push rod with support pin to Umschaltkulisse, from Umschaltkulisse to Schiebepin and accordingly to the cam unit is produced.
  • the Umschaltpin is arranged on the push rod such that the Umschaltpin by the rotation of the camshaft in the switching contour of non-rotating
  • Umschaltkulisse can engage to cause an axial displacement of the Umschaltkulisse against the push rod and to prepare a switching operation between the different cams. During the active contact of the first
  • the sliding pin on the cam unit and the support pin on the push rod are arranged for the further effect chain in an advantageous manner such that they preferably engage at the same time in the switching contour and in the supporting contour.
  • the Schiebepin and the support pin are arranged axially spaced from each other, wherein the axial distance by the displacement of the push rod and / or by the displacement of the
  • the Schiebepin and the support pin are arranged to Umschaltpin in the circumferential direction spaced so that the Schiebepin the
  • Shift pin follows upon rotation of the camshaft for engagement in the Umschaltkulisse.
  • the Schiebepin and the support pin are thus arranged to Umschaltpin opposite to the direction of rotation of the camshaft, so that they only intervene in the Umschaltkulisse when the Umschaltpin has left the switching contour.
  • the switching contour of Umschaltkulisse is based on the camshaft designed as a circumferentially axially variable contour. If the changeover pin or the sliding pin is brought into operative contact with the switching contour, a relative axial displacement of changeover pin or sliding pin to the changeover gate takes place.
  • the switching contour is formed so that the respective pin moves through the switching contour of the non-rotating Umschaltkulisse by the rotation of the camshaft while an axial stroke between the respective pin and the Umschaltkulisse is generated.
  • two mirror-symmetrically opposite switching contours are provided on the Umschaltkulisse to an axial displacement in both directions To allow switching gate and cam unit relative to the carrier shaft.
  • a first and a second switching contour are therefore arranged such that the vertical distance of the switching contours to each other in the direction of rotation of the camshaft is reduced.
  • the smallest distance is at least so great that the Umschaltpin or Schiebepin unhindered can pass between the two switching contours, without causing an axial displacement.
  • the support contour of Umschaltkulisse is based on the camshaft designed as a circumferentially axially constant contour. If the support pin is brought into operative contact with the support contour, there is no relative displacement of support pin or push rod and shift gate.
  • two mirror-symmetrically opposite support contours are provided on the Umschaltkulisse to support an axial displacement in both directions of Umschaltkulisse and cam unit relative to the carrier shaft or the push rod. Accordingly, a first and a second support contour are arranged such that the vertical distance between the support contours to each other remains constant and at least so great that the support pin unhindered between the two
  • the invention provides an apparatus for a valvetrain
  • Push rod at least one carrier shaft and at least one provided with at least two different cams and at least one Schiebepin
  • Cam unit is constructed, and the camshaft is at least partially by at least one rotatably in a housing and axially displaceably mounted shift gate is included.
  • At least one Umschaltpin and at least one support pin is fixedly connected to the push rod, wherein the Umschaltpin and the support pin extends in recesses at least through the carrier shaft and the Umschaltpin with at least one switching contour on the Umschalkulisse and the Stauerpin with at least one Stauerköntur on the Umschaltkulisse in operative contact can be brought.
  • Shift gate has a first switching contour, a second switching contour opposite the first switching contour, a first supporting contour and a second supporting contour opposite the first supporting contour.
  • the switching contour is based on the camshaft designed as a circumferentially axially variable contour and thus generates by the rotation of the camshaft relative to the Umschalkulisse an axial stroke between the Umschaltpin or Schiebepin and the
  • the switching contours and the supporting contours on the Umschaltkulisse are arranged side by side.
  • the changeover pin is arranged axially spaced on the camshaft to the sliding pin and the support pin in the circumferential direction and the support pin.
  • each gas exchange valve may be assigned a cam group.
  • at least one inlet valve is assigned a cam group.
  • the cam groups of the respective intake valve may be combined to form a common cam unit, wherein a synchronous Hubumscnies between the different cams with different cam contours or
  • Cam elevations of the respective associated gas exchange valve can be done.
  • cam groups of adjacent cylinders can be arranged on a common cam unit. For example, for a four-cylinder internal combustion engine and two intake valves in each cylinder, a total of four cam groups are located on a cam unit. In order to enable a changeover for all cylinders, then a total of two cam groups are provided. The cams of the respectively assigned cam groups which coincide with the
  • Gas exchange valves are in contact, may have the same cam contours or cam lobes for a symmetrical valve lift or else
  • Valve shutdown may be provided.
  • the Umschaltkulisse is starting from a neutral position in which the
  • Shift pin and the sliding pin can pass unhindered between the two switching contours, moved to the first switching position. For that is by at the Push rod provided devices initiated an axial displacement of the push rod and the Umschaltpin moved axially together with the support pin. The switching pin moves with further rotation of the camshaft in the Umschaltkulisse and enters into operative contact with the first switching contour of Umschaltkulisse. Due to the course of the switching contour, the Umschaltkulisse is axially displaced, since the push rod is supported by the means for axially locking the push rod after the completed axial displacement. The axial displacement of the Umschaltkulisse corresponds to the axial stroke of the switching contour, which is generated by the active contact between the switching contour and Umschaltpin.
  • Push rod is axially locked.
  • the axial displacement of the cam unit corresponds to the axial stroke of the switching contour, which is generated by the active contact between the switching contour and sliding pin.
  • Umschaltkulisse against the carrier shaft is axially displaced, and after the shift of Umschaltkulisse the first chain of action is canceled and another chain of action with a continuous active contact of push rod with support pin to Umschaltkulisse, made of Umschaltkulisse to Schiebepin and accordingly to the cam unit and the cam unit relative to the carrier shaft
  • a locking actuator is extended from a locking contour on the push rod during rotation of the camshaft and a Verstellaktuator in a Verstellkontur retracted on the push rod, whereupon the push rod is axially displaced.
  • the changeover pin then acts on the switching contour of the Umschaltkulisse and causes a shift of Umschalkulisse.
  • the sliding pin acts on the switching contour and the supporting pin on the supporting contour and there is a displacement of the cam unit, whereby the switching between two adjacent cams is completed.
  • Shift gate is shifted so that the Umschaltpin with the second
  • Switching contour comes into operative contact and the further chain of action is generated by the sliding pin with the second switching contour and the support pin with the second support contour comes into operative contact.
  • these devices are advantageously designed as actuators with a pin, which engage in locking contours or Verstellkonturen on the push rod.
  • Push rod is provided a separate Arretierkontur, which is designed as a closed circumferential groove without axial stroke. At least one Arretieraktuator engages in accordance with the position of the push rod associated Arretierkontur to lock the push rod or support.
  • the Verstellkontur is also designed as a closed, circumferential groove, the groove a
  • FIG. 1 shows a schematic representation of a device according to the invention for a valve drive for switching over the stroke of gas exchange valves of a valve train
  • FIG. 2 a schematic representation of the device as a front view
  • FIG. 3 a first schematic sectional view of the device
  • FIG. 4 a schematic representation of the device as a side view
  • FIG. 5 a second schematic sectional view of the device.
  • the device according to the invention consists of a camshaft, which is constructed from a coaxial arrangement of a push rod 1, a carrier shaft 2 and a cam unit 3.
  • the carrier shaft 2 is designed as a hollow shaft, so that it rotatably but axially the push rod 1
  • the cam unit 3 is rotatably but axially displaceably arranged on the support shaft 2 and has two cam groups 4, 5 of two different cams 6, 7, 8, 9th
  • a switching gate 10 with switching contours 11, 12 and supporting contours 13 14 is in each case a first cam 6, 8 or a second cam 7, 9 of the respective
  • the Umschaltkulisse 10 surrounds the camshaft only partially and is axially displaceable and rotatably mounted in a housing, not shown.
  • the first cam 6, 8 of each cam group 4, 5 has a
  • Cam contour with a cam lobe with which the gas exchange valve 15, 16 is actuated and accordingly generates a stroke of the gas exchange valve 15, 16.
  • the second cam 7, 9 of the respective cam group 4, 5 has a Cam contour without cam lobe, so the associated
  • Gas exchange valve 15, 16 remains closed when turning the camshaft.
  • Shift gate 10 can come into operative contact.
  • the Umschaltpin 17 is the Schiebepin 18 and
  • Support pin 19 arranged circumferentially spaced such that upon rotation of the camshaft either the Umschaltpin 17 or the sliding pin 18 and the
  • Support pin 19 engage in the Umschaltkulisse 10.
  • a locking actuator 24 For axial locking of the push rod 1, a locking actuator 24 is provided, which engages in a corresponding position of the push rod 1 in an associated locking contour 25.
  • the locking contour 25 is designed as a circumferential closed groove without axial stroke.
  • a Verstellkontur 27 is provided which as a closed circumferential groove with
  • An adjusting actuator 26 engages in the
  • Push rod 1 is now axially displaceable and is displaced by a corresponding engagement of the Verstellaktuators 26 in the Verstellkontur 27. The intervention of the
  • Shift gate 10 is supported via the changeover pin 17 and the push rod 1 in the Arretieraktuator 24.
  • the cam unit 3 is displaced relative to the carrier shaft 2 by the sliding pin 18 and the support pin 19 as a result of the further rotation of the camshaft.
  • the sliding pin 18 engages in the switching contour 11, 12 of the Umschalkulisse 10 and the support pin 19 in the support contour 13, 14 a.
  • the Umschaltkulisse 10 is about the

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Abstract

Die Erfindung stellt eine Vorrichtung für einen Ventiltrieb zum Umschalten des Hubs von Gaswechselventilen einer Brennkraftmaschine bereit, die mit einer in einem Gehäuse drehbar gelagerten Nockenwelle, welche aus einer koaxial von innen nach außen aufeinanderfolgenden Anordnung von wenigstens einer Schubstange, wenigstens einer Trägerwelle und wenigstens einer mit wenigstens zwei unterschiedlichen Nocken und wenigstens einem Schiebepin versehenen Nockeneinheit aufgebaut ist, und die Nockenwelle wenigstens teilweise von wenigstens einer in einem Gehäuse drehfest und axial verschiebbar gelagerten Umschaltkulisse umfasst wird. Mit der Schubstange ist wenigstens ein Umschaltpin und wenigstens ein Stützpin ortsfest verbunden, wobei der Umschaltpin und der Stützpin in Aussparungen wenigstens durch die Trägerwelle hindurch erstreckt und der Umschaltpin mit wenigstens einer Schaltkontur auf der Umschalkulisse und der Stützpin mit wenigstens einer Stützkontur auf der Umschaltkulisse in Wirkkontakt bringbar ist.

Description

Vorrichtung für einen Ventiltrieb zum Umschalten des Hubs von
Gaswechselventilen einer Brennkraftmaschine
Technisches Gebiet
Die vorliegende Erfindung betrifft eine Vorrichtung für einen Ventiltrieb zum Umschalten des Hubs von Gaswechselventilen einer Brennkraftmaschine mit einer parallel zu einer Nockenwelle verlaufenden Schubstange.
Stand der Technik
Es sind bereits Ventiltriebsvorrichtungen bekannt, die über eine Einrichtung zum
Umschalten des Hubs von Gaswechselventilen verfügen. Die Erfindung geht von einem Ventiltrieb aus, bei dem die Gaswechselventile, insbesondere Einlassventile und Auslassventile einer Brennkraftmaschine, mittels einer Nockenwelle direkt oder indirekt betätigt werden. Zum Umschalten des Ventilhubs sind auf der Nockenwelle
benachbarte Nocken mit unterschiedlichen Nockenformen vorgesehen, die zu einer Nockeneinheit zusammengefasst sind. Durch eine axiale Verschiebung der
Nockeneinheiten auf der Nockenwelle wird jeweils ein Nocken der Nockengruppe mit dem entsprechenden Gaswechselventil im Eingriff gebracht und der Hub der
Gaswechselventile entsprechend der Nockenform erzeugt. Für die Verschiebung der Nockeneinheiten ist eine parallel zur Nockenwelle verlaufende Schubstange mit entsprechenden Elementen für den Eingriff auf die Nockeneinheiten vorgesehen.
Aus der Offenlegungsschrift DE 10 2007 061 353 A1 geht ein Ventiltrieb für
Gaswechselventile einer Brennkraftmaschine mit einem verschiebbaren Nockenträger mit einer über den Umfang verlaufenden Endlosnut hervor. Der Nockenträger ist drehfest, aber axial verschiebbar auf einer Nockenwelle gelagert und weist mehrere axial beabstandete Nocken mit unterschiedlichen Nockenerhebungen auf, die zu einer Nockengruppe für das jeweilige Gaswechselventil zusammengefasst sind. In die Endlosnut greift ein Eingriffselement kontinuierlich ein, welches entsprechend dem Verlauf der Endlosnut einen Hub in axialer Richtung vollzieht. Das Eingriffselement kann in bestimmten Positionen arretiert werden, wodurch dem Nockenträger eine axiale Bewegung aufgezwungen wird, um somit zwischen den Nocken zum Antreiben eines Gaswechselventils umzuschalten.
Das beschriebene System benötigt jedoch viel Bauraum, so dass ein Einsatz nur bei Brennkraftmaschinen mit ausreichendem Zylinderabstand möglich ist. Weiterhin ist für jeden verschiebbaren Nockenträger ein Aktuator für die Arretierung des
Eingriffselements notwendig, welcher zum richtigen Zeitpunkt aktiviert werden muss.
Die Offenlegungsschrift DE 10 2009 030 373 A1 beschreibt einen Ventiltrieb für eine Brennkraftmaschine mit hubvariabler Gaswechselventilbetätigung. Die Nockenwelle des Ventiltriebs umfasst eine Trägerwelle und ein darauf drehfest, aber axial verschiebbares Nockenstück. Das Nockenstück beinhaltet Nockengruppen unmittelbar benachbarter Nocken mit unterschiedlichen Erhebungen. Endseitig des Nockenstücks ist eine Kulisse vorgesehen, um das Nockenstück gegenüber der Trägerwelle durch ein Einkoppeln eines Betätigungselementes axial zu verschieben. Das mit der Trägerwelle umlaufende Nockenstück ist in einem Nockenwellenlager gelagert.
Die Verstellkulisse auf dem Nockenstück ist außerhalb des Nockenwellenlagers angeordnet, wodurch sich weiterer axialer Bauraum für jedes Nockenstück ergibt. Für jede Verstellrichtung ist ein separates Betätigungselement erforderlich. Dadurch werden für jeden Zylinder der Brennkraftmaschine zwei Aktuatoren verwendet. Dieser erhöhte Steuerungsaufwand und Bauteilaufwand in Verbindung mit dem Raumbedarf stellt einen hauptsächlichen Nachteil der Vorrichtung dar.
Aus der Offenlegungsschrift DE 10 2010 013 216 A1 geht ein Ventiltrieb mit
hubvariabler Gaswechselventilbetätigung hervor. Der Ventiltrieb besteht aus einer Nockenwelle, welche aus einer Trägerwelle und darauf drehfest, aber axial
verschiebbar gelagerten Nockenstücken aufgebaut ist. Auf dem Nockenstück befindet sich eine Nockengruppe unmittelbar benachbarter Nocken mit unterschiedlichen Erhebungen sowie eine Axialkulisse. Das Nockenstück ist außerdem mit einem
Lagerzapfen versehen und darüber in einem Nockenwellenlager gelagert. Der
Lagerzapfen und die benachbarte Axialkulisse werden vom Nockenwellenlager überlappt, so dass das Betätigungselement zur Verschiebung des Nockenstücks am Nockenwellenlager positioniert ist und radial durch die Lagerstelle zum Eingriff in die Axialkulisse verläuft. Da die Axialkulisse und auch der Lagerzapfen vom Nockenwellenlager überlappt werden, muss die Lagerstelle besonders breit ausgeführt werden, um die erforderliche Lagerfläche entsprechend der Lagerbelastungen bereitzustellen. Dies führt zu einem erhöhten Bauraumbedarf. Das System kann nur in Brennkraftmaschinen mit '
ausreichend großem Ventilabstand oder Zylinderabstand verwendet werden. Außerdem ist auch bei diesem System jeweils ein Betätigungselement für jedes Nockenstück erforderlich. Dies steht dem aktuellen Entwicklungsziel kompakter Brennkraftmaschinen entgegen.
In der Offenlegungsschrift DE 10 2007 022 145 A1 wird ein umschaltbarer Ventiltrieb einer Brennkraftmaschine beschrieben. Die Nockenwelle des Ventiltriebs umfasst eine Antriebswelle mit mindestens einem darauf drehfest, aber axial verschiebbar
angeordneten Nockenstück mit einer Gruppe axial benachbarter Nocken. Die Nocken weisen dabei unterschiedliche Nockenerhebungen auf. Das Nockenstück ist
gemeinsam mit der Antriebswelle und mit einer zusätzlichen koaxial auf dem
Nockenstück gelagerten Lagerbuchse in einer Nockenwellenlagerstelle radial
abgestützt. Die zusätzliche Lagerbuchse ist gemeinsam mit dem Nockenstück gegenüber der Nockenwellenlagerstelle und der Antriebswelle axial verschiebbar, wobei die Lagerbuchse in der Nockenwellenlagerstelle gegen Verdrehen gesichert ist.
Dementsprechend sind also auf der Antriebswelle das Nockenstück und die
Lagerbuchse übereinander koaxial angeordnet und in der Nockenwellenlagerstelle gelagert. In der Lagerbuchse ist ein Stift parallel zur Drehachse der Antriebswelle positioniert, der eine oszillierende Bewegung durch eine im umlaufenden Nockenstück eingebrachte Führung mit axialem Hub vollzieht. Zur Einleitung eines Schaltvorgangs wird der Stift durch eine Feststelleinrichtung an der entsprechenden Stelle kurzzeitig axial fixiert. Dadurch stützt sich das Nockenstück auf dem fixierten Stift ab. Dem
Nockenstück wird eine axiale Bewegung aufgezwungen und ein Schaltvorgang eingeleitet.
Als Nachteil dieser Vorrichtung zum Umschalten des Hubs ist die aufwändige
Steuerung und der damit verbundene Bauteilaufwand zu nennen. Für jede
Umschaltvorrichtung eines Nockenstücks ist eine separate Feststelleinrichtung vorzusehen, welche einen Schaltvorgang zum richtigen Zeitpunkt einleiten muss. Der Stift führt außerdem zu hohen Belastungen in der Führungsnut während des Schaltvorgangs. Weiterhin ist am Stift mit hohem Verschleiß zu rechnen, da der Stift für jeden Schaltvorgang geklemmt werden muss.
Das United States Patent US 5,129,407 A beschreibt eine Versteilvorrichtung für eine Nockenwelle, mit der die Nockenwelle axial verschoben werden kann. Durch die
Verschiebung der Nockenwelle können unterschiedliche Nocken mit unterschiedlichen Nockenerhebungen für die Betätigung der Gaswechselventile positioniert werden. Zur Verschiebung der Nockenwelle ist eine Axialkulisse vorgesehen, mit der eine axiale Verschiebung in beide Richtungen ermöglicht wird. Dazu besitzt die Kulisse zwei spiegelsymmetrisch über den Umfang verlaufende Konturen, wobei jede der beiden Konturen den für die Verstellung erforderlichen Hub zum Verstellen der Nockenwelle erzeugt. Zwischen den beiden Konturen ist ein Bereich vorgesehen, in dem der dauerhaft im Eingriff stehende Verstellpin ohne Kontakt zu einer der beiden
umlaufenden Konturen positioniert werden kann. Zum Einleiten eines Schaltvorgangs wird der Verstellpin in axialer Richtung verschoben und festgehalten, um in Kontakt mit einer der beiden Konturen zu treten und die axiale Verstellung der Nockenwelle in die entsprechende Richtung einzuleiten.
Die Nockenwellen und die darauf positionierten Nocken von modernen
Brennkraftmaschinen mit mehreren Zylindern ermöglichen jedoch keine gleichzeitige Verstellung der Nocken und somit auch keine Verschiebung der gesamten
Nockenwelle, da sich keine Überschneidung der Nockengrundkreise zwischen den verschiedenen Zylindern ergibt. Außerdem bedingt die Kulisse eine Vergrößerung der Baulänge der Nockenwelle.
Aus der Offenlegungsschrift DE 10 2009 039 733 A1 ist ein Ventiltrieb für
Gaswechselventile einer Brennkraftmaschine bekannt, bei dem auf einer Nockenwelle eine Nockeneinheit mit mehreren nebeneinander angeordneten unterschiedlichen Nockenbahnen drehfest und axial verschiebbar gelagert ist und die Nockeneinheit mittels eines Verstellmittels axial verschiebbar ist. Das Verstell mittel umfasst ein innerhalb der Nockenwelle beweglich gelagertes Verstellelement zur Übertragung der Verstell bewegung auf die Nockeneinheit. Dazu weist das Verstellelement auf seinem Umfang ein Laufbahnprofil auf, welches mit einem Koppelelement zusammenwirkt, wobei das Koppelelement weiterhin durch eine Ausnehmung in der Nockenwelle mit der Nockeneinheit verbunden ist. Durch eine Bewegung des Verstellelementes relativ zur Nockenwelle wird eine axiale Verschiebung der Nockeneinheit auf der Nockenwelle bewirkt. Als Ausgestaltungsvariante wird beschrieben, dass das Verstellelement drehbar in der Nockenwelle gelagert ist und dass sich das Laufbahnprofil im
Wesentlichen in Umfangsrichtung auf dem Verstellelement erstreckt. Der Wechsel zwischen zwei Nockenbahnen auf der Nockeneinheit für die Betätigung der
Gaswechselventile wird durch einen axialen Versatz im Laufbahnprofil erreicht, der sich durch eine relative Verdrehung des Verstellelementes gegenüber der Nockenwelle ergibt.
Aufgabe der Erfindung
Die Aufgabe der Erfindung besteht darin, eine Vorrichtung für einen Ventiltrieb zum Umschalten des Hubs von Gaswechselventilen einer Brennkraftmaschine
bereitzustellen, wobei der benötigte Bauraum, der technische Aufwand und die mechanischen Belastungen der Versteilvorrichtung reduziert werden sollen.
Lösung der Aufgabe
Die Aufgabe wird durch eine Vorrichtung mit den Merkmalen des Patentanspruches 1 und ein Verfahren mit den Merkmalen des Patentanspruches 7 gelöst.
Beschreibung der Erfindung
Die Erfindung stellt eine Vorrichtung bereit, mit welcher der Hub von
Gaswechselventilen eines Ventiltriebes einer Brennkraftmaschine in besonders vorteilhafter Weise während des Betriebs der Brennkraftmaschine variiert werden kann.
Dazu ist eine Nockenwelle des Ventiltriebes aus einer als Hohlwelle ausgestalteten Trägerwelle und wenigstens einer auf der Trägerwelle gelagerten Nockeneinheit aufgebaut. Die wenigstens eine Nockeneinheit ist mit der Trägerwelle drehfest, aber axial verschiebbar verbunden. Auf der Nockeneinheit befindet sich wenigstens eine Nockengruppe von axial benachbarten Nocken mit einem identischen Grundkreis, aber mit unterschiedlichen Nockenkonturen und / oder unterschiedlichen
Nockenerhebungen. Wenigstens einer Nockengruppe ist ein Gaswechselventil zugeordnet, welches als Auslassventil oder Einlassventil Verwendung findet. Das der Nockengruppe zugeordnete Gaswechselventil befindet sich abwechselnd mit einem der verschiedenen Nocken der Nockengruppe in Wirkverbindung. Durch eine axiale
Verschiebung der Nockeneinheit gegenüber dem Gaswechselventil ist jeweils ein Nocken der zugeordneten Nockengruppe mit dem Gaswechselventil in Wirkkontakt bringbar. Die Verschiebung erfolgt, wenn sich das zugeordnete Gaswechselventil mit dem jeweiligen Nocken im Bereich des Grundkreises in Wirkkontakt befindet.
Die Nockeneinheit wird mittels einer die Nockeneinheit wenigstens teilweise
umgreifenden Umschaltkulisse und einer koaxial zur Trägerwelle angeordneten
Schubstange axial verschoben. Die Umschaltkulisse ist in einem Gehäuse für eine erste und wenigstens eine weitere Schaltstellung axial verschiebbar und gegenüber der Nockeneinheit drehfest gelagert und weist wenigstens eine Schaltkontur und
wenigstens eine Stützkontur auf. Die Schubstange ist innerhalb der Trägerwelle axial verschiebbar gelagert und drehfest mit der Trägerwelle verbunden. Dadurch ergibt sich eine koaxial von innen nach außen aufeinanderfolgende Anordnung von Schubstange, Trägerwelle, Nockeneinheit und Umschaltkulisse, wobei alle benachbarten Elemente zueinander axial verschiebbar gelagert sind. Die Umschaltkulisse umfasst in
Umfangsrichtung dabei nur einen Teilbereich der Nockenwelle. An wenigstens einem Ende der Schubstange sind Einrichtungen zur axialen Verschiebung und zur axialen Arretierung der Schubstange vorgesehen. Durch diese Einrichtungen kann die
Schubstange von einer ersten Position in wenigstens eine weitere Position axial verschoben werden und in der jeweiligen Position axial arretiert werden.
Für wenigstens eine axial verschiebbare Nockeneinheit sind wenigstens drei Pins vorgesehen, wobei ein erster Pin als Umschaltpin mit der Schubstange ortsfest verbunden ist und durch Aussparungen in Trägerwelle und Nockeneinheit mit der wenigstens einen Schaltkontur der Umschaltkulisse in Wirkkontakt bringbar ist. Ein zweiter Pin als Stützpin ist mit der Schubstange verbunden und durch Aussparungen in Trägerwelle und Nockeneinheit mit der wenigstens einen Stützkontur der
Umschaltkulisse in Wirkkontakt bringbar. Ein dritter Pin ist als Schiebepin mit der Nockeneinheit ortsfest verbunden und mit der Schaltkontur der Umschaltkulisse in Wirkkontakt bringbar. Die Aussparungen in Trägerwelle und Nockeneinheit sind dabei so gestaltet, dass eine axiale Verschiebung von Schubstange, Trägerwelle und
Nockeneinheit zueinander ermöglicht wird. Die wenigstens drei Pins sind derart zueinander angeordnet, dass in einer ersten Wirkkette ein durchgehender Wirkkontakt von Schubstange mit Umschaltpin zu
Umschaltkulisse herstellbar ist und in wenigstens einer weiteren Wirkkette ein durchgehender Wirkkontakt von Schubstange mit Stützpin zu Umschaltkulisse, von Umschaltkulisse zu Schiebepin und dementsprechend zur Nockeneinheit herstellbar ist.
Der Umschaltpin ist auf der Schubstange derart angeordnet, dass der Umschaltpin durch die Drehung der Nockenwelle in die Schaltkontur der nicht mitdrehenden
Umschaltkulisse eingreifen kann, um eine axiale Verschiebung der Umschaltkulisse gegenüber der Schubstange zu bewirken und einen Umschaltvorgang zwischen den unterschiedlichen Nocken vorzubereiten. Während des Wirkkontakts der ersten
Wirkkette, also während der axialen Verschiebung der Umschaltkulisse befindet sich der Schiebepin außerhalb der Schaltkontur und der Stützpin außerhalb der Stützkontur.
Der Schiebepin auf der Nockeneinheit und der Stützpin auf der Schubstange sind für die weitere Wirkkette in vorteilhafter Weise derart angeordnet, dass diese vorzugsweise zeitgleich in die Schaltkontur und in die Stützkontur eingreifen. Der Schiebepin und der Stützpin sind zueinander axial beabstandet angeordnet, wobei der axiale Abstand durch die Verschiebung der Schubstange und / oder durch die Verschiebung der
Nockeneinheit verändert wird. Der Schiebepin und der Stützpin sind zum Umschaltpin in Umfangsrichtung derart beabstandet angeordnet, dass der Schiebepin dem
Umschaltpin bei der Drehung der Nockenwelle für den Eingriff in die Umschaltkulisse nachfolgt. Der Schiebepin und der Stützpin sind also zum Umschaltpin entgegengesetzt zur Drehrichtung der Nockenwelle beabstandet angeordnet, so dass diese erst dann in die Umschaltkulisse eingreifen, wenn der Umschaltpin die Schaltkontur verlassen hat.
Die Schaltkontur der Umschaltkulisse ist bezogen auf die Nockenwelle als eine in Umfangsrichtung axial veränderliche Kontur ausgeführt. Wird der Umschaltpin oder der Schiebepin mit der Schaltkontur in Wirkkontakt gebracht, so findet eine relative, axiale Verschiebung von Umschaltpin oder Schiebepin zur Umschaltkulisse statt. Dazu ist die Schaltkontur so ausgebildet, dass durch die Drehung der Nockenwelle der jeweilige Pin durch die Schaltkontur der nicht mitdrehenden Umschaltkulisse fährt und dabei ein axialer Hub zwischen dem jeweiligen Pin und der Umschaltkulisse erzeugt wird. In vorteilhafter Weise sind zwei spiegelsymmetrisch gegenüberliegenden Schaltkonturen auf der Umschaltkulisse vorgesehen, um eine axiale Verschiebung in beide Richtungen von Umschaltkulisse und Nockeneinheit gegenüber der Trägerwelle zu ermöglichen. Eine erste und eine zweite Schaltkontur sind demnach derart angeordnet, dass sich der senkrechte Abstand der Schaltkonturen zueinander in Drehrichtung der Nockenwelle verringert. Der geringste Abstand ist mindestens so groß, dass der Umschaltpin beziehungsweise der Schiebepin ungehindert zwischen den beiden Schaltkonturen durchfahren kann, ohne dabei eine axiale Verschiebung hervorzurufen.
Die Stützkontur der Umschaltkulisse ist bezogen auf die Nockenwelle als eine in Umfangsrichtung axial konstant verlaufende Kontur ausgeführt. Wird der Stützpin mit der Stützkontur in Wirkkontakt gebracht, findet keine relative Verschiebung von Stützpin beziehungsweise Schubstange und Umschaltkulisse statt. In vorteilhafter Weise sind zwei spiegelsymmetrisch gegenüberliegenden Stützkonturen auf der Umschaltkulisse vorgesehen, um eine axiale Verschiebung in beide Richtungen von Umschaltkulisse und Nockeneinheit gegenüber der Trägerwelle beziehungsweise der Schubstange abzustützen. Eine erste und eine zweite Stützkontur sind demnach derart angeordnet, dass der senkrechte Abstand der Stützkonturen zueinander konstant bleibt und wenigstens so groß ist, dass der Stützpin ungehindert zwischen den beiden
Stützkonturen durchfahren kann.
Dementsprechend stellt die Erfindung eine Vorrichtung für einen Ventiltrieb zum
Umschalten des Hubs von Gaswechselventilen einer Brennkraftmaschine bereit, die mit einer in einem Gehäuse drehbar gelagerten Nockenwelle, welche aus einer koaxial von innen nach außen aufeinanderfolgenden Anordnung von wenigstens einer
Schubstange, wenigstens einer Trägerwelle und wenigstens einer mit wenigstens zwei unterschiedlichen Nocken und wenigstens einem Schiebepin versehenen
Nockeneinheit aufgebaut ist, und die Nockenwelle wenigstens teilweise von wenigstens einer in einem Gehäuse drehfest und axial verschiebbar gelagerten Umschaltkulisse umfasst wird. Mit der Schubstange ist wenigstens ein Umschaltpin und wenigstens ein Stützpin ortsfest verbunden, wobei der Umschaltpin und der Stützpin in Aussparungen wenigstens durch die Trägerwelle hindurch erstreckt und der Umschaltpin mit wenigstens einer Schaltkontur auf der Umschalkulisse und der Stützpin mit wenigstens einer Stützköntur auf der Umschaltkulisse in Wirkkontakt bringbar ist. Die
Umschaltkulisse verfügt über eine erste Schaltkontur, eine der ersten Schaltkontur gegenüberliegenden zweite Schaltkontur, eine erste Stützkontur und eine der ersten Stützkontur gegenüberliegenden zweiten Stützkontur. Die Schaltkontur ist bezogen auf die Nockenwelle als eine in Umfangsrichtung axial veränderliche Kontur ausgeführt und erzeugt demnach durch die Drehung der Nockenwelle gegenüber der Umschalkulisse einen axialen Hub zwischen dem Umschaltpin oder Schiebepin und der
Umschaltkulisse. Die Stützkontur bezogen auf die Nockenwelle ist als eine in
Umfangsrichtung axial unveränderliche Kontur ausgeführt. In einer vorteilhaften
Ausgestaltung sind die Schaltkonturen und die Stützkonturen auf der Umschaltkulisse nebeneinander angeordnet. Der Umschaltpin ist auf der Nockenwelle zum Schiebepin und zum Stützpin in Umfangsrichtung und zum Stützpin axial beabstandet angeordnet.
Für Brennkraftmaschinen mit mehreren Gaswechselventilen für jeden Zylinder kann jedem Gaswechselventil eine Nockengruppe zugeordnet sein. In vorteilhafter Weise ist zumindest einem Einlassventil eine Nockengruppe zugeordnet. Bei
Brennkraftmaschinen mit mehreren Einlassventilen für jeden Zylinder können die Nockengruppen des jeweiligen Einlassventils zu einer gemeinsamen Nockeneinheit zusammengefasst sein, wobei eine synchrone Hubumschaltung zwischen den verschiedenen Nocken mit verschiedenen Nockenkonturen beziehungsweise
Nockenerhebungen des jeweilig zugeordneten Gaswechselventils erfolgen kann.
Weiterhin können die Nockengruppen von nebeneinander liegenden Zylindern auf einer gemeinsamen Nockeneinheit angeordnet sein. So befinden sich zum Beispiel für eine Brennkraftmaschine mit vier Zylindern und zwei Einlassventilen in jedem Zylinder insgesamt vier Nockengruppen auf einer Nockeneinheit. Um eine Umschaltung für alle Zylinder zu ermöglichen, sind dann insgesamt zwei Nockengruppen vorzusehen. Die Nocken der jeweilig zugeordneten Nockengruppen, welche zeitgleich mit den
Gaswechselventilen in Kontakt sind, können gleiche Nockenkonturen beziehungsweise Nockenerhebungen für einen symmetrischen Ventilhub aufweisen oder auch
unterschiedliche Nockenkonturen beziehungsweise Nockenerhebungen aufweisen, um einen asymmetrischen Ventilhub zu erzeugen. In vorteilhafter Weise kann in der Nockengruppe auch ein Nocken ohne Nockenerhebung zur Realisierung einer
Ventilabschaltung vorgesehen sein.
Für einen Umschaltvorgang zwischen den Nocken der Nockeneinheit während der Drehung der Nockenwelle in eine erste Richtung wird die erste Wirkkette erzeugt. Die Umschaltkulisse wird ausgehend von einer Neutralstellung, bei welcher der
Umschaltpin und der Schiebepin ungehindert zwischen den beiden Schaltkonturen durchfahren können, in die erste Schaltstellung verschoben. Dafür wird durch die an der Schubstange vorgesehenen Einrichtungen eine axiale Verschiebung der Schubstange eingeleitet und der Umschaltpin zusammen mit dem Stützpin axial verschoben. Der Umschaltpin fährt bei weiterer Drehung der Nockenwelle in die Umschaltkulisse ein und tritt mit der ersten Schaltkontur der Umschaltkulisse in Wirkkontakt. Durch den Verlauf der Schaltkontur wird die Umschaltkulisse axial verschoben, da die Schubstange über die Einrichtungen zur axialen Arretierung der Schubstange nach der abgeschlossenen axialen Verschiebung abgestützt wird. Die axiale Verschiebung der Umschaltkulisse entspricht dabei dem axialen Hub der Schaltkontur, welcher durch den Wirkkontakt zwischen Schaltkontur und Umschaltpin erzeugt wird.
Sobald die Umschaltkulisse in die erste Schaltstellung axial verschoben ist, wird die erste Wirkkette aufgehoben und die weitere Wirkkette hergestellt. Durch die weitere Drehung der Nockenwelle greift der Schiebepin in die Umschaltkulisse ein und es wird der Wirkkontakt zwischen Schiebepin und der ersten Schaltkontur hergestellt. Zeitgleich greift der Stützpin in die Umschaltkulisse ein und es wird der Wirkkontakt zwischen Stützpin und erster Stützkontur hergestellt. Durch die weitere Verdrehung der
Nockenwelle und den Verlauf der Schaltkontur wird die Nockeneinheit mit dem
Schiebepin axial verschoben, da die Umschaltkulisse über den Stützpin mit der
Schubstange axial arretiert ist. Die axiale Verschiebung der Nockeneinheit entspricht dabei dem axialen Hub der Schaltkontur, welcher durch den Wirkkontakt zwischen Schaltkontur und Schiebepin erzeugt wird.
Es wird ein Verfahren zum Umschalten des Hubs von Gaswechselventilen einer Brenn kraftmaschine unter Verwendung der erfindungsgemäßen Vorrichtung
bereitgestellt, bei welchen eine erste Wirkkette mit einem durchgehenden Wirkkontakt von Schubstange mit Umschaltpin zu Umschaltkulisse hergestellt und die
Umschaltkulisse gegenüber der Trägerwelle axial verschoben wird, und nach der Verschiebung der Umschaltkulisse die erste Wirkkette aufgehoben wird und eine weitere Wirkkette mit einem durchgehenden Wirkkontakt von Schubstange mit Stützpin zu Umschaltkulisse, von Umschaltkulisse zu Schiebepin und dementsprechend zur Nockeneinheit hergestellt und die Nockeneinheit gegenüber der Trägerwelle
verschoben wird.
Dafür wird während der Drehung der Nockenwelle nacheinander ein Arretieraktuator aus einer Arretierkontur auf der Schubstange ausgefahren und ein Verstellaktuator in eine Verstellkontur auf der Schubstange eingefahren, worauf die Schubstange axial verschoben wird. Nach Beendigung der Verschiebung wird der Verstellaktuator aus der Verstell kontur ausgefahren und ein Arretieraktuator in eine Arretierkontur eingefahren. Der Umschaltpin wirkt dann auf die Schaltkontur der Umschaltkulisse ein und bewirkt eine Verschiebung der Umschalkulisse. Anschließend wirkt der Schiebepin auf die Schaltkontur und der Stützpin auf die Stützkontur ein und es erfolgt eine Verschiebung der Nockeneinheit, womit die Umschaltung zwischen zwei benachbarten Nocken abgeschlossen ist.
Für einen Umschaltvorgang in eine weitere, der ersten Schaltrichtung
entgegengesetzten Schaltrichtung wird die erste Wirkkette erzeugt, indem die
Umschaltkulisse derart verschoben wird, dass der Umschaltpin mit der zweiten
Schaltkontur in Wirkkontakt tritt und die weitere Wirkkette erzeugt wird, indem der Schiebepin mit der zweiten Schaltkontur und der Stützpin mit der zweiten Stützkontur in Wirkkontakt tritt.
Durch die entsprechende Ausgestaltung der Einrichtungen zur axialen Verschiebung und der axialen Arretierung der Schubstange kann zwischen wenigstens zwei Nocken der Nockeneinheit umgeschaltet werden. Erfindungsgemäß vorteilhaft sind diese Einrichtungen als Aktuatoren mit einem Pin ausgeführt, welche in Arretierkonturen oder Verstellkonturen auf der Schubstange eingreifen. Für jede axiale Position der
Schubstange ist eine separate Arretierkontur vorgesehen, welche als geschlossene umlaufende Nut ohne axialen Hub ausgeführt ist. Wenigstens ein Arretieraktuator greift in die entsprechend der Position der Schubstange zugeordnete Arretierkontur ein, um die Schubstange zu arretieren beziehungsweise abzustützen. Die Verstellkontur ist ebenfalls als geschlossene, umlaufende Nut ausgeführt, wobei die Nut einen
wechselnden axialen Hub erzeugt. Für Mehrfachschaltungen ist ein mehrfach abgestufter Hubverlauf vorgesehen. Ein Verstellaktuator greift in die Verstellkontur ein, um eine axiale Verschiebung der Schubstange zu erzeugen. Durch die Anzahl der Arretierkonturen, die Anzahl von Verstellkonturen oder Ausführung einer einzigen Verstellkontur kann die Schubstange zwischen wenigstens zwei oder mehr Positionen verschoben werden. Dadurch ergibt sich die Möglichkeit zwischen wenigstens zwei oder mehr Nocken einer Nockeneinheit umzuschalten. Ausführungsbeispiel einer Vorrichtung zur Hubumschaltung
Beispielhaft wird hier eine Ausführung einer erfindungsgemäßen Vorrichtung dargestellt. In den dazugehörigen Figuren zeigen:
FIGUR 1 : eine schematische Darstellung einer erfindungsgemäßen Vorrichtung für einen Ventiltrieb zum Umschalten des Hubs von Gaswechselventilen einer
Brennkraftmaschine,
FIGUR 2: eine schematische Darstellung der Vorrichtung als Frontansicht,
FIGUR 3: eine erste schematische Schnittdarstellung der Vorrichtung,
FIGUR 4: eine schematische Darstellung der Vorrichtung als Seitenansicht und
FIGUR 5: eine zweite schematische Schnittdarstellung der Vorrichtung.
Die erfindungsgemäße Vorrichtung, dargestellt in FIGUR 1 - 5, besteht aus einer Nockenwelle, welche aus einer koaxialen Anordnung einer Schubstange 1, einer Trägerwelle 2 und einer Nockeneinheit 3 aufgebaut ist. Die Trägerwelle 2 ist als Hohlwelle ausgeführt, so dass diese die Schubstange 1 drehfest aber axial
verschiebbar aufnehmen kann. Die Nockeneinheit 3 ist auf der Trägerwelle 2 drehfest aber axial verschiebbar angeordnet und verfügt über zwei Nockengruppen 4, 5 von jeweils zwei unterschiedlichen Nocken 6, 7, 8, 9.
Durch eine Umschaltkulisse 10 mit Schaltkonturen 11 , 12 und Stützkonturen 13 14 wird jeweils ein erster Nocken 6, 8 oder ein zweiter Nocken 7, 9 der jeweiligen
Nockengruppe 4, 5 zu einem zugeordneten Gaswechselventil 15, 16 ausgerichtet, um das Gaswechselventil 15, 16 entsprechend einer Nockenerhebung auf den
Nocken 6, 7, 8, 9 zu betätigen. Die Umschaltkulisse 10 umgreift die Nockenwelle nur teilweise und ist axial verschiebbar und drehfest in einem nicht dargestellten Gehäuse gelagert. Der erste Nocken 6, 8 jeder Nockengruppe 4, 5 verfügt über eine
Nockenkontur mit einer Nockenerhebung, mit welcher das Gaswechselventil 15, 16 betätigt wird und dementsprechend einen Hub des Gaswechselventils 15, 16 erzeugt. Der zweite Nocken 7, 9 der jeweiligen Nockengruppe 4, 5 verfügt über eine Nockenkontur ohne Nockenerhebung, so dass das zugeordnete
Gaswechselventil 15, 16 beim Drehen der Nockenwelle geschlossen bleibt.
Für die Verschiebung der Nockeneinheit 3 durch die Umschaltkulisse 10 sind drei Pins vorgesehen. Ein mit der Schubstange 1 fest verbundener Umschaltpin 17, ein fest mit der Nockeneinheit 3 verbundener Schiebepin 18 und ein fest mit der Schubstange 1 verbundener Stützpin 19. Der Umschaltpin 17 und der Stützpin 19 sind in
Aussparungen 20, 21 , 22, 23 in Trägerwelle 2 und Nockeneinheit 3 positioniert, so dass diese beim Drehen der Nockenwelle mit den Konturen 11 , 12, 13, 14 in der
Umschaltkulisse 10 in Wirkkontakt treten können. Der Schiebepin 18 und der
Stützpin 19 sind zueinander axial beabstandet und in Umfangsrichtung zueinander auf gleicher Position angeordnet. Der Umschaltpin 17 ist zum Schiebepin 18 und
Stützpin 19 in Umfangsrichtung derart beabstandet angeordnet, dass bei der Drehung der Nockenwelle entweder der Umschaltpin 17 oder der Schiebepin 18 und der
Stützpin 19 in die Umschaltkulisse 10 eingreifen.
Zur axialen Arretierung der Schubstange 1 ist ein Arretieraktuator 24 vorgesehen, welcher in einer entsprechenden Position der Schubstange 1 in eine zugeordnete Arretierkontur 25 eingreift. Die Arretierkontur 25 ist als eine umlaufende geschlossene Nut ohne axialen Hub ausgeführt. Zur axialen Verschiebung der Schubstange 1 ist eine Verstellkontur 27 vorgesehen, welche als geschlossene umlaufende Nut mit
wechselnden axialen Hub ausgeführt. Ein Verstellaktuator 26 greift in die
Verstellkontur 27 ein, um eine axiale Verschiebung der Schubstange 1 zu erzeugen.
Ausführungsbeispiel eines Verfahrens zur Hubumschaltung
Beispielhaft wird hier eine Ausführung eines erfindungsgemäßen Verfahrens unter Benutzung der erfindungsgemäßen Vorrichtung dargestellt.
Zur Einleitung einer Umschaltung zwischen zwei Nocken 6, 7, 8, 9 wird eine axiale Verschiebung der Schubstange 1 während der Drehung der Nockenwelle
vorgenommen. Dazu wird die axiale Arretierung der Schubstange 1 aufgehoben, indem der Arretieraktuator 24 aus der Arretierkontur 25 herausbewegt wird. Die
Schubstange 1 ist nun axial verschiebbar und wird durch einen entsprechenden Eingriff des Verstellaktuators 26 in die Verstellkontur 27 verschoben. Der Eingriff des
Verstellaktuators 26 muss in jener Drehphase der Schubstange 1 erfolgen, bei welcher die Verstellkontur 27 einen axialen Hub in die Richtung der durchzuführenden
Verstellrichtung erzeugt.
Durch die axiale Verschiebung werden der Umschaltpin 17 und der Stützpin 19 relativ zur Trägerwelle 2 verschoben. Nach der axialen Verschiebung der Schubstange 1 wird diese wieder durch den Arretieraktuator 24 und der entsprechenden Arretierkontur 25 axial arretiert. Durch die Stellung des Umschaltpins 17 und der Umschaltkulisse 10 wird zuerst die Umschaltkulisse 10 durch den Umschaltpin 17 relativ zur Trägerwelle 2 verschoben. Dazu greift der Umschaltpin 17 in die Umschaltkulisse 10 ein und tritt mit der Schaltkontur 11 , 12 in Wirkkontakt und verschiebt die Umschaltkulisse 10
entsprechend dem Hub der Schaltkontur 11 , 12. Die Verschiebung der
Umschaltkulisse 10 wird über den Umschaltpin 17 und über die Schubstange 1 in dem Arretieraktuator 24 abgestützt.
Darauf folgend wird durch die weitere Drehung der Nockenwelle die Nockeneinheit 3 durch den Schiebepin 18 und den Stützpin 19 relativ zur Trägerwelle 2 verschoben. Dazu greift der Schiebepin 18 in die Schaltkontur 11 , 12 der Umschalkulisse 10 und der Stützpin 19 in die Stützkontur 13, 14 ein. Die Umschaltkulisse 10 ist über den
Stützpin 19 und über die Schubstange 1 durch den Arretieraktuator 24 axial arretiert. Der Schiebepin 18 tritt mit der Schaltkontur 11 , 12 in Wirkkontakt und verschiebt die Nockeneinheit 3 entsprechend dem Hub der Schaltkontur 11 , 12 gegenüber der Trägerwelle 2. Alle Pins 17, 18, 19 befinden sich nun wie zu Beginn des
Umschaltvorgangs in einer Position, in welche die Umschalkulisse 10 ungehindert durchfahren werden kann.
Aufstellung der verwendeten Bezugszeichen
1 Schubstange
2 Trägerwelle
3 Nockeneinheit
4, 5 Nockengruppe
6, 8 erster Nocken
7, 9 zweiter Nocken
10 Umschaltkulisse
11 , 12 Schaltkontur
13, 14 Stützkontur
15, 16 Gaswechselventil
17 Umschaltpin
18 Schiebepin
19 Stützpin
20, 21 , 22, 23 Aussparungen
24 Arretieraktuator
25 Arretierkontur
26 Verstellaktuator
27 Verstellkontur

Claims

Patentansprüche
1. Vorrichtung für einen Ventiltrieb zum Umschalten des Hubs von
Gaswechselventilen 15, 16 einer Brennkraftmaschine mit einer in einem
Gehäuse drehbar gelagerten Nockenwelle, welche aus einer koaxial von innen nach außen aufeinanderfolgenden Anordnung von wenigstens einer
Schubstange 1, wenigstens einer Trägerwelle 2 und wenigstens einer mit wenigstens zwei unterschiedlichen Nocken 6, 7, 8, 9 und wenigstens einem Schiebepin 18 versehenen Nockeneinheit 3 aufgebaut ist, wobei Schubstange 1, Trägerwelle 2 und Nockeneinheit 3 zueinander axial verschiebbar und drehfest gelagert sind, und die Nockenwelle wenigstens teilweise von wenigstens einer in einem Gehäuse drehfest und axial verschiebbar gelagerten Umschaltkulisse 10 umfasst wird, wobei mit der Schubstange 1 wenigstens ein Umschaltpin 17 und wenigstens ein Stützpin 19 ortsfest verbunden ist, wobei sich der Umschaltpin 17 und der Stützpin 19 in Aussparungen 20, 21 , 22, 23 wenigstens durch die Trägerwelle 2 hindurch erstrecken und der Umschaltpin 17 mit wenigstens einer Schaltkontur 11, 12 auf der Umschaltkulisse 10 und der Stützpin 19 mit wenigstens einer Stützkontur 13, 14 auf der Umschaltkulisse 10 in Wirkkontakt bringbar ist.
2. Vorrichtung zum Umschalten des Hubs von Gaswechselventilen 15, 16 einer Brennkraftmaschine nach Anspruch 1 , dadurch gekennzeichnet, dass die Umschaltkulisse 10 über eine erste Schaltkontur 11, eine der ersten
Schaltkontur 11 gegenüberliegenden zweite Schaltkontur 12, eine erste
Stützkontur 13 und eine der ersten Stützkontur 13 gegenüberliegenden zweite Stützkontur 14 verfügt.
3. Vorrichtung zum Umschalten des Hubs von Gaswechselventilen einer
Brennkraftmaschine nach einem der vorherigen Ansprüche, dadurch
gekennzeichnet, dass die Schaltkontur 11, 12 bezogen auf die Nockenwelle als eine in Umfangsrichtung axial veränderliche Kontur ausgeführt ist und demnach durch die Drehung der Nockenwelle gegenüber der Umschaltkulisse 10 ein axialer Hub zwischen dem Umschaltpin 17 oder Schiebepin 18 und der
Umschaltkulisse 10 erzeugt wird und die Stützkontur 13, 14 bezogen auf die Nockenwelle als eine in Umfangsrichtung axial unveränderliche Kontur ausgeführt ist.
4. Vorrichtung zum Umschalten des Hubs von Gaswechselventilen 15, 16 einer Brennkraftmaschine nach einem der vorherigen Ansprüche, dadurch
gekennzeichnet, dass zwei spiegelsymmetrisch gegenüberliegende
Schaltkonturen 11 , 12 auf der Umschaltkulisse 10 vorgesehen sind, wobei eine erste und eine zweite Schaltkontur 11 , 12 derart angeordnet sind, dass sich der senkrechte Abstand der Schaltkonturen 11 , 12 zueinander in Drehrichtung der Nockenwelle verringert und zwei spiegelsymmetrisch gegenüberliegende
Stützkonturen 13, 14 auf der Umschaltkulisse 10 vorgesehen sind, wobei eine erste und eine zweite Stützkontur 13, 14 derart angeordnet sind, dass der senkrechte Abstand der Stützkonturen 13, 14 zueinander unverändert bleibt.
5. Vorrichtung zum Umschalten des Hubs von Gaswechselventilen 15, 16 einer Brennkraftmaschine nach einem der vorherigen Ansprüche, dadurch
gekennzeichnet, dass sich die Schaltkonturen 11 , 12 und die
Stützkonturen 13, 14 auf der Umschaltkulisse 10 nebeneinander befinden.
6. Vorrichtung zum Umschalten des Hubs von Gaswechselventilen 15, 16 einer Brennkraftmaschine nach einem der vorherigen Ansprüche, dadurch
gekennzeichnet, dass der Umschaltpin 17 auf der Nockenwelle zum
Schiebepin 18 und zum Stützpin 19 in Umfangsrichtung beabstandet angeordnet ist und zum Stützpin 19 axial beabstandet angeordnet ist.
7. Verfahren zum Umschalten des Hubs von Gaswechselventilen 15, 16 einer
Brennkraftmaschine unter Verwendung einer Vorrichtung nach Anspruch 1 , dadurch gekennzeichnet, dass eine erste Wirkkette mit einem durchgehenden Wirkkontakt von Schubstange 1 mit Umschaltpin 17 zu Umschaltkulisse 10 hergestellt und die Umschaltkulisse 10 gegenüber der Trägerwelle 2 axial verschoben wird, und nach der Verschiebung der Umschaltkulisse 10 die erste Wirkkette aufgehoben wird und eine weitere Wirkkette mit einem durchgehenden Wirkkontakt von Schubstange 1 mit Stützpin 19 zu Umschaltkulisse 10, von Umschaltkulisse 10 zu Schiebepin 18 und dementsprechend zur Nockeneinheit 3 hergestellt und die Nockeneinheit 3 gegenüber der Trägerwelle 2 verschoben wird.
8. Verfahren zum Umschalten des Hubs von Gaswechselventilen 15, 16 einer Brennkraftmaschine nach Anspruch 7, dadurch gekennzeichnet, dass während der Drehung der Nockenwelle ein Arretieraktuator 24 aus einer Arretierkontur 25 auf der Schubstange 1 ausgefahren und ein Verstellaktuator 26 in eine
Verstellkontur 27 auf der Schubstange 1 eingefahren wird, die Schubstange 1 dadurch axial verschoben wird und nach Beendigung der Verschiebung der Verstellaktuator 26 aus der Verstellkontur 27 ausgefahren und der
Arretieraktuator 24 in die Arretierkontur 25 eingefahren wird, der Umschaltpin 17 auf die Schaltkontur 11, 12 der Umschaltkulisse 10 einwirkt und eine
Verschiebung der Umschaltkulisse 10 bewirkt und danach der Schiebepin 18 auf die Schaltkontur 11 , 12 und der Stützpin 19 auf die Stützkontur 13, 14 einwirkt und eine Verschiebung der Nockeneinheit 3 bewirkt.
PCT/DE2013/000236 2012-04-27 2013-04-26 Vorrichtung für einen ventiltrieb zum umschalten des hubs von gaswechselventilen einer brennkraftmaschine WO2013159765A1 (de)

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