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Die Erfindung betrifft einen Ventiltrieb für Verbrennungskraftmaschinen zur Betätigung von Gaswechselventilen mit den Merkmalen des Patentanspruches 1.
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Es ist bekannt, Gaswechselventile einer Brennkraftmaschine variabel mit unterschiedlichen Öffnungs- und Schließzeitpunkten sowie mit unterschiedlichen Ventilöffnungshüben zu betreiben. Eine derartige Ventilsteuerung ist aus der
DE 42 30 877 A1 vorbekannt. Dabei ist auf einer Nockenwelle drehfest, aber axial verschiebbar ein Nockenträger mit zwei unterschiedlichen Nockenkonturen angeordnet. Entsprechend der Axialstellung des Nockenträgers steht eine Nockenkontur über ein Zwischenglied (Übertragungshebel) mit dem Hubventil in Wirkverbindung. Die Axialverschiebung des Nockenträgers zur Änderung der Ventilparameter erfolgt während der Grundkreisphase entgegen der Wirkung einer Rückstellfeder mittels eines Druckringes.
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Nachteilig ist dabei der hohe Bauraumbedarf, der zur Verstellung des Nockenträgers benötigt wird. Diese Lösungen sind deshalb nur einsetzbar bei verhältnismäßig großen Zylinderabständen, um die entsprechenden Bauteile unterbringen zu können. Ein weiterer Nachteil sind die beim Stellvorgang auftretenden hohen Massenkräfte, die zum Verschieben der Nockenträger oder der Verstellorgane benötigt werden. Die Umschaltung auf eine entsprechende Nockenkontur kann nur zylinderselektiv erfolgen. Eine ventilselektive Umschaltung ist nicht möglich.
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Aus der
DE 195 20 117 C2 ist ein Ventiltrieb einer Brennkraftmaschine vorbekannt, bei dem auf der Nockenwelle drehfest ein axial verschiebbarer Nockenträger mit mindestens zwei unterschiedlichen Nockenbahnen angeordnet ist. Die Verstellung des Nockenträgers erfolgt über ein Verstellorgan, das im Inneren der Nockenwelle geführt ist. Durch eine stirnseitig an der Nockenwelle angeordnete doppelt wirkende hydraulische oder pneumatische Kolben-Zylinder-Einheit wird das wellenartig ausgebildete Verstellorgan im Inneren der Nockenwelle gegen den Druck einer Feder verschoben. Das Verstellorgan ist mit einem Mitnahmestück verbunden, das ein axial in der Nockenwelle angeordnetes Langloch durchdringt und in eine Bohrung des Nockenträgers mündet.
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Der Nachteil dieser Lösung besteht darin, dass durch die axiale Verschiebung des Verstellorgans nur mehrere auf der Nockenwelle angeordnete Nockenträger gleichzeitig verschoben werden können. Eine unterschiedliche Schaltung von einzelnen Nockenträgern auf einer Nockenwelle ist nicht möglich. Ein weiterer Nachteil besteht darin, dass bei einer Schaltposition, bei der ein äußerer Nocken im Eingriff mit den Gaswechselventilen steht, das Federelement ständig gespannt ist. Dadurch treten hohe seitliche Reibkräfte zwischen dem Mitnehmerstück und der auf dem Verstellorgan angeordneten Führungsbahn auf. Ein erhöhter Verschleiß und damit verbundene eventuelle Fehlschaltungen sind die Folge. Nachteilig ist weiterhin, dass die wirkenden Federkräfte genau eingestellt werden müssen, um Fehlschaltungen, insbesondere bei Rückschaltung auf das mittlere Nockenprofil bei drei unterschiedlichen Nockenprofilen, zu vermeiden.
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Die
DE 10 2007 016 977 A1 beschreibt ebenfalls eine axiale Verschiebung eines Nockenträgers durch eine in der Nockenhohlwelle angeordnete axial verschiebbare Stellwelle in Verbindung mit einer axial auf der Stellwelle verschiebbaren Übertragungshülse und einem daran befestigten Übertragungsglied.
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Der Nachteil dieser Lösung besteht darin, dass durch die axiale Verschiebung des Verstellorgans nur mehrere auf der Nockenwelle angeordnete Nockenträger gleichzeitig verschoben werden können. Eine unterschiedliche Schaltung von einzelnen Nockenträgern auf einer Nockenwelle ist nicht möglich. Ein weiterer Nachteil besteht darin, dass bei einer Schaltposition, bei der ein äußerer Nocken im Eingriff mit den Gaswechselventilen steht, das Federelement ständig gespannt ist. Dadurch treten hohe seitliche Reibkräfte zwischen dem Mitnehmerstück und der auf dem Verstellorgan angeordneten Führungsbahn auf. Ein erhöhter Verschleiß und damit verbundene eventuelle Fehlschaltungen sind die Folge. Nachteilig ist weiterhin, dass die wirkenden Federkräfte genau eingestellt werden müssen, um Fehlschaltungen, insbesondere bei Rückschaltung auf das mittlere Nockenprofil bei drei unterschiedlichen Nockenprofilen, zu vermeiden.
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Durch die
DE 10 2009 017 242 der Anmelderin wurde bereits ein Ventiltrieb zur Betätigung von Gaswechselventilen von Brennkraftmaschinen vorgeschlagen. Bei dem Ventiltrieb erfolgt die Verschiebung des Nockenträgers zur Ventilumschaltung auf dem Nockenwellenrohr durch eine im Inneren des Nockenwellenrohrs angeordnete verdrehbare Schaltstange. Die Schaltstange ist mit einer Schaltkontur versehen, die eine axiale Steigung aufweist. In der Schaltkontur wird eine Schaltkugel geführt, die in einer Bohrung einer die Schaltstange umgebenden axial verschiebbaren Schalthülse gelagert ist. Die Schalthülse steht über einen Mitnehmer mit dem Nockenträger in Wirkverbindung. Durch Verdrehen der Schaltstange wird über die Schaltkugel die Schalthülse und über den Mitnehmer der Nockenträger axial verschoben.
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Durch die Anordnung einer Schalthülse zwischen der Schaltstange und dem Nockenwellenrohr treten zusätzlich zu überwindende Reibungskräfte auf. Außerdem ist die Lösung durch die Anordnung der Schalthülse sehr teileaufwändig.
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Der Erfindung liegt die Aufgabe zugrunde, einen Ventiltrieb zur Betätigung von Gaswechselventilen von Verbrennungskraftmaschinen zu schaffen, der sich durch einen vereinfachten Aufbau bei gleichzeitiger Reduzierung der auftretenden Reibungskräfte auszeichnet und mit dem bei einer mehrzylindrigen Reihen-Brennkraftmaschine zündfolgegerecht eine Ventilhubumschaltung erfolgen kann.
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Erfindungsgemäß wird die Aufgabe durch die Merkmale des Patentanspruches 1 gelöst.
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Die Verschiebung des Nockenträgers zur Ventilumschaltung auf dem Nockenwellenrohr erfolgt erfindungsgemäß durch die im Inneren des Nockenwellenrohrs angeordneten unabhängig voneinander axial verschiebbaren Schaltstangen, die über einen Mitnehmer mit dem auf dem Nockenwellenrohr axial verschiebbaren Nockenträger in Wirkverbindung stehen. Dabei sind zur zündfolgegerechten Ventilhubumschaltung der Ventile einer mehrzylindrigen Reihen-Brennkraftmaschine im Inneren des Nockenwellenrohrs abhängig von der Anzahl der in Reihe angeordneten Zylinder mehrere unabhängig voneinander axial verschiebbare Schaltstangen angeordnet. Die axiale Verschiebung der einzelnen Schaltstangen erfolgt über eine verdrehbare Verstellbuchse, mit der die einzelnen Schaltstangen jeweils über einen Mitnahmepin mit einer an der Verstellbuchse angeordneten Schaltkontur in Wirkverbindung stehen. Eine Relativverdrehung der Verstellbuchse gegenüber den Schaltstangen und dem Nockenwellenrohr erfolgt durch ein Verschiebestück, das über ein Gewinde mit der Verstellbuchse verbunden ist und das durch Aktuatoren axial verschoben wird.
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Der Vorteil der erfindungsgemäßen Lösung besteht in dem gering benötigten Bauraum zur Realisierung einer Ventilhubumschaltung. Die Schaltstangen zeichnen sich durch einen einfachen Aufbau aus, wobei die Reibkräfte zwischen den Teilen verringert werden. Ein wesentlicher Vorteil der erfindungsgemäßen Lösung besteht darin, dass durch die einzeln verstellbaren Schaltstangen eine zündfolgegerechte Ventilhubumschaltung durchgeführt werden kann.
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Weitere vorteilhafte Ausgestaltungen sind in den Unteransprüchen beschrieben, sie werden in der Beschreibung zusammen mit ihren Wirkungen erläutert.
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Anhand von Zeichnungen wird die Erfindung nachfolgend an Ausführungsbeispielen näher beschrieben. In den dazugehörigen Zeichnungen zeigen:
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1: eine Schnittdarstellung der erfindungsgemäßen Lösung für eine Ventilhubumschaltung an einer mehrzylindrigen Brennkraftmaschine,
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2: ein Detail der erfindungsgemäßen Lösung in isometrischer Ansicht,
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3: eine Teilansicht der erfindungsgemäßen Lösung,
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4: eine Vorderansicht der erfindungsgemäßen Lösung,
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5: eine Abwicklung der auf dem Verschiebestück befindlichen Schaltkontur und
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6: ein Detail der Schaltstangen und der Mitnehmer.
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In der 1 ist eine als Nockenwellenrohr 1 ausgebildete Nockenwelle eines nicht weiter dargestellten Ventiltriebs einer Brennkraftmaschine dargestellt. In bekannter Weise wird das Nockenwellenrohr 1 des Ventiltriebs von einer Kurbelwelle der Verbrennungskraftmaschine angetrieben. Auf dem Nockenwellenrohr 1 sind drehfest, aber axial verschiebbar mehrere Nockenträger 2 angeordnet. Jedem Zylinder einer mehrzylindrigen Reihen-Brennkraftmaschine ist ein axial verschiebbarer Nockenträger 2 zugeordnet, mit dem entsprechend dem Ausführungsbeispiel jeweils zwei Gas-Wechselventile eines Zylinders betätigt werden können. Der Nockenträger 2 weist bei einem gleichen Grundkreisabschnitt 5 mehrere unterschiedliche Nockenprofile 4 auf, die zur Ventilhubumschaltung wahlweise durch Verschieben des Nockenträgers 2 jeweils direkt oder über nicht dargestellte Zwischenglieder mit einem jeweiligen Gaswechselventil in Kontakt gebracht werden. Der in der 1 gezeigte Ventiltrieb weist sechs Nockenträger 2 auf, mit dessen Nockenprofile 4 die Gaswechselventile eines sechszylindrigen Reihenmotors betätigt werden. Dabei sind die Zylinder von links nach rechts fortlaufend angeordnet.
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Zur axialen Verschiebung der Nockenträger 2 auf dem Nockenwellenrohr 1 zur Realisierung einer Ventilhubumschaltung sind erfindungsgemäß im Inneren des Nockenwellenrohrs 1 mehrere unabhängig voneinander axial verschiebbare Schaltstangen 7; 8; 9 angeordnet, die jeweils über einen Mitnehmer 6 mit einem Nockenträger 2 in Wirkverbindung stehen. Über die Mitnehmer 6 sind die verschiebbaren Schaltstangen 7; 8; 9 drehfest mit dem angetriebenen Nockenwellenrohr 1 verbunden. In dem Nockenwellenrohr 1 sind für die jeweiligen Mitnehmer 6 axial verlaufende Durchbrüche 18, gemäß 3, angeordnet. Die axiale Breite der Durchbrüche 18 entspricht dabei wenigstens der maximalen axialen Verschiebung des Nockenträgers 2. Innerhalb des Nockenwellenrohrs 1 sind die axial verschiebbaren Schaltstangen 7; 8; 9 an mehreren Stellen durch jeweils ein Nockenhohlwellen-festes Lager 3 axial verschiebbar gelagert.
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Bei einem sechszylindrigen Motor sind die Nockenprofile 4 für die einzelnen Zylinder so angeordnet, dass jeweils zwei Nockenträger 2 gleichzeitig verschoben werden können. Entsprechend der Anordnung der Nockenprofile 4 ergibt sich eine Zündfolge der einzelnen Zylinder zu Z1-Z4-Z2-Z6-Z3-Z5. Das heißt, zuerst wird das Kraftstoff-Luftgemisch in dem ersten Zylinder Z1 gezündet und zuletzt das in dem fünften Zylinder Z5. Aufgrund der Tatsache, dass infolge eines jeweils großen Grundkreisabschnitts 5 für zwei nacheinander durchgeführte Zündungen eine gleichzeitige Ventilhubumschaltung erfolgen kann, werden über jeweils eine Schaltstange 7; 8; 9 zwei Nockenträger 2 gleichzeitig verschoben. Entsprechend der Zündfolge des dargestellten sechszylindrigen Motors werden bei einer axialen Verschiebung der ersten Schaltstange 7 der Nockenträger 2.1 zur Ventilhubverstellung der Gaswechselventile des ersten Zylinders Z1 und der Nockenträger 2.4 zur Ventilhubverstellung der Gaswechselventile des vierten Zylinders Z4 axial auf dem Nockenwellenrohr 1 verschoben. Durch die dritte Schaltstange 9 werden die Nockenträger 2.2 und 2.6 für den zweiten Zylinder Z2 und den sechsten Zylinder Z6 verschoben. Mit der zweiten Schaltstange 8 werden die Nockenträger 2.3 und 2.5 für den dritten Zylinder Z3 und den fünften Zylinder Z5 verschoben. Die einzelnen Schaltstangen 7; 8; 9 und die daran angeordneten Mitnehmer 6 sind jeweils um 120° zueinander versetzt angeordnet, so wie aus 4 zu entnehmen. In der 6 sind die Schaltstangen 7; 8; 9 und die Anordnung der Mitnehmer 6 für einen sechszylindrigen Reihenmotor dargestellt. Es ist natürlich auch eine andere Zündfolge denkbar, wie beispielsweise Z1-Z5-Z3-Z6-Z2-Z4 oder Z1-Z2-Z4-Z6-Z5-Z3 oder Z1-Z4-Z5-Z6-Z3-Z2. Entsprechend der Zündfolge erfolgt dann die Verschiebung der einzelnen Nockenträger 2 durch die Schaltstangen 7; 8; 9. Analog ist diese Lösung auch für eine beliebige Anzahl von Zylindern anwendbar. Für einen vierzylindrigen Reihenmotor sind nur zwei Schaltstangen erforderlich, die um 180° zueinander versetzt angeordnet sind und mit jeweils zwei Nockenträgern 2 über die Mitnehmer 6 in Wirkverbindung stehen.
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Zum unabhängigen Verschieben der einzelnen Schaltstangen 7; 8; 9 steht die erste Schaltstange 7 über einen daran fest angeordneten Mitnahmepin 15, die zweite Schaltstange 8 über einen daran fest angeordneten Mitnahmepin 13 und die dritte Schaltstange 9 über einen daran fest angeordneten Mitnahmepin 14 mit einer an einer verdrehbaren Verstellbuchse 12 angeordneten Schaltkontur 16 in Wirkverbindung. In der 2 ist die Verbindung zwischen den Schaltstangen 7; 8; 9 und der Verstellbuchse 12 dargestellt. Weiterhin ist an der Verstellbuchse 12 ein Gewinde 19 angeordnet, das in Eingriff mit einem Innengewinde eines Verschiebestücks 11 steht.
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Der Außenumfang des Verschiebestücks 11 ist mit einer Kontur 20 zur axialen Hinverschiebung und einer Kontur 21 zur axialen Rückverschiebung versehen, die jeweils mit einem Aktuator 10 in Verbindung bringbar sind. Die axiale Verschiebung des Verschiebestücks 11 ist in 1 mit einem Doppelpfeil gekennzeichnet. Bei einer axialen Verschiebung des Verschiebestücks 11 wird über den Gewindeeingriff zwischen dem Verschiebestück 11 und dem Gewinde 19 der Verstellbuchse 12 die Verstellbuchse 12 mit der darin befindlichen Schaltkontur 16 verdreht.
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In der 5 ist ein Schaltvorgang zur Ventilhubumschaltung dargestellt, wobei der Pfeil die Drehrichtung der Verstellbuchse 12 und 17 die Abwicklung der Schaltkontur 16 zeigt. In der 5 ist die Stellung der Mitnahmepins 13; 14; 15 bei einer Verdrehung der Verstellbuchse 12 bei 0°, 120°, 240° und 360° dargestellt. Vor Beginn der Umschaltung zwischen zwei unterschiedlichen Nockenprofilen 4, bei einer Verdrehung der Verstellbuchse 12 von 0°, befinden sich die Mitnahmepins 13; 14, 15 der Schaltstangen 7; 8; 9 in der Schaltkontur 16 um jeweils 120° am Umfang verteilt auf gleicher axialer Position. Die Schaltkontur 16 ist so ausgebildet, dass bei einer Verdrehung der Verstellbuchse 12 um 120° nur der Mitnahmepin 15 der ersten Schaltstange 7 durch die Schaltkontur 16 und somit die erste Schaltstange 7 axial verschoben wird. Durch die auf der Schaltstange 7 angeordneten Mitnehmer 6 werden, wie oben ausführlich beschrieben, zur Ventilhubumschaltung die Nockenträger 2.1 und 2.4 verschoben. Bei einer weiteren Verdrehung der Verstellbuchse 12 von 120° auf 240° wird nur der Mitnahmepin 14 der dritten Schaltstange 9 durch die Schaltkontur 16 und somit die dritte Schaltstange 9 axial verschoben. Bei einer Verdrehung der Verstellbuchse 12 von 240° auf 360° wird nur der Mitnahmepin 13 der zweiten Schaltstange 8 durch die Schaltkontur 16 und somit die zweite Schaltstange 8 axial verschoben. Nach einer vollständigen Umdrehung der Verstellbuchse 12 um 360° ist die Ventilhubumschaltung für die Gaswechselventile der Zylinder Z1 bis Z6 abgeschlossen, wobei durch die separate Verschiebung der Schaltstangen 7; 8; 9 eine zündfolgegerechte Ventilhubumschaltung erfolgte. Die Mitnahmepins 13; 14, 15 der Schaltstangen 7; 8; 9 befinden sich in der Schaltkontur 16 um jeweils 120° am Umfang verteilt wieder auf gleicher axialer Position, aber gegenüber der Ausgangsposition axial verschoben. Wenn mehr als zwei unterschiedlich nebeneinander liegende Nockenprofile 4 auf den Nockenträgern 2 angeordnet sind, ist die Schaltkontur 16 entsprechend länger ausgebildet, so dass eine weitere Ventilhubumschaltung, wie beschrieben, durchgeführt werden kann. Eine Rückschaltung wird analog durchgeführt, wobei das Verschiebestück 11 in entgegengesetzter Richtung axial verschoben und somit die Verstellwelle 12 ebenfalls entgegengesetzt verdreht wird. Für eine zündfolgegerechte Rückverschiebereihenfolge der Mitnahmepins 13; 14; 15 sind in der Kontur 21 Haltephasen von 120° vorgesehen.
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Bezugszeichenliste
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- 1
- Nockenwellenrohr
- 2
- Nockenträger
- 3
- Lager
- 4
- Nockenprofil
- 5
- Grundkreisabschnitt
- 6
- Mitnehmer
- 7
- erste Schaltstange
- 8
- zweite Schaltstange
- 9
- dritte Schaltstange
- 10
- Aktuator
- 11
- Verschiebestück
- 12
- Verstellbuchse
- 13
- Mitnahmepin der zweiten Schaltstange 8
- 14
- Mitnahmepin der dritten Schaltstange 9
- 15
- Mitnahmepin der ersten Schaltstange 7
- 16
- Schaltkontur
- 17
- Abwicklung der Schaltkontur 16
- 18
- Durchbruch
- 19
- Gewinde
- 20
- Kontur
- 21
- Kontur
- Z1–Z6
- Zylinder 1 bis Zylinder 6
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ZITATE ENTHALTEN IN DER BESCHREIBUNG
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Diese Liste der vom Anmelder aufgeführten Dokumente wurde automatisiert erzeugt und ist ausschließlich zur besseren Information des Lesers aufgenommen. Die Liste ist nicht Bestandteil der deutschen Patent- bzw. Gebrauchsmusteranmeldung. Das DPMA übernimmt keinerlei Haftung für etwaige Fehler oder Auslassungen.
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Zitierte Patentliteratur
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- DE 4230877 A1 [0002]
- DE 19520117 C2 [0004]
- DE 102007016977 A1 [0006]
- DE 102009017242 [0008]
