DE102011002142A1

DE102011002142A1 - Kulissenschaltung für eine Nockenwelle

Info

Publication number: DE102011002142A1
Application number: DE102011002142A
Authority: DE
Inventors: Michael Wahl; Siegfried Luhmann; Klaus Fuoss; Matthias Benz; Andreas Leichtweiss; Wolfgang Eberle
Original assignee: Dr Ing HCF Porsche AG
Current assignee: Dr Ing HCF Porsche AG
Priority date: 2011-04-18
Filing date: 2011-04-18
Publication date: 2012-10-18
Anticipated expiration: 2031-04-19
Also published as: DE102011002142B4

Abstract

Die Erfindung betrifft eine Kulissenschaltung für eine Nockenwelle (1), mit der Nockenwelle (1), die eine drehend antreibbare Grundnockenwelle (2) und mindestens ein in der Grundnockenwelle (2) gelagertes und in deren Längsrichtung verschiebbares Schiebestück (5) aufweist, wobei das Schiebestück (5) mindestens ein Nockenpaket (7) mit mindestens zwei Nocken (8, 9) mit unterschiedlichen Profilen aufweist, sowie mit einer eine Schaltkulisse (10) aufweisenden Schalteinrichtung zum Verschieben des mindestens einen Schiebestücks (5) in unterschiedliche Schaltstellungen der Nockenprofile. Bei einer solchen Kulissenschaltung ist erfindungsgemäß vorgesehen, dass die Schaltkulisse (10) feststehend und bezüglich des Schiebestücks (5) radial außenliegend angeordnet ist, wobei die Schaltkulisse (10) auf deren dem Schiebestück (5) zugewandten Seite mindestens eine Kulissenbahn (16, 17) zum jeweiligen Eingriff eines verstellbar im Schiebestück (5) gelagerten Kulissenstifts (19) aufweist, wobei Mittel (11, 28, 27, 30, 29, 20, 18) zum Überführen des Kulissenstifts (19) von einer aus der Kulissenbahn (16, 17) ausgerückten Stellung in eine in die Kulissenbahn (16, 17) eingerückten Stellung und umgekehrt vorgesehen sind. Eine solche Kulissenschaltung zeichnet sich durch eine baulich einfache und baulich kompakte Gestaltung aus und ermöglicht hierbei ein einfaches Schalten des Schiebestücks und damit der Nocken der Nockenwelle.

Description

Die Erfindung betrifft ein Kulissenschaltung für eine Nockenwelle, mit der Nockenwelle, die eine drehend antreibbare Grundnockenwelle und mindestens ein in der Grundnockenwelle gelagertes und in deren Längsrichtung verschiebbares Schiebestück aufweist, wobei das Schiebestück mindestens ein Nockenpaket mit mindestens zwei Nocken mit unterschiedlichen Profilen aufweist, sowie mit einer eine Schaltkulisse aufweisenden Schalteinrichtung zum Verschieben des mindestens einen Schiebestücks in unterschiedliche Schaltstellungen der Nockenprofile.
Eine solche Nockenwelle bzw. eine Kulissenschaltung für eine solche Nockenwelle findet Verwendung bei einem Zylinderkopf einer Verbrennungskraftmaschine. Jedem Ventil – Einlass- bzw. Auslassventil – zum Bewirken des Gaswechsels ist ein Nockenpaar zugeordnet, das mehrere, beispielsweise zwei oder drei Nocken mit unterschiedlichen Nockenprofilen aufweist. Die Nockenprofile weisen denselben Grundkreisradius auf, wobei die Nocken jeweils für unterschiedliche Betriebsmodi, beispielsweise einen Befeuerungsmodus und ein Motorbremsmodus, und einen niedrigen Drehzahlbereich und einen hohen Drehzahlbereich unterschiedlich ausgestaltet sind. Je nach Betriebsmodus wird durch Verschiebung des Schiebestücks ein Nocken des Nockenpakets in Wirkverbindung mit dem diesem Nockenpaket zugeordneten Gaswechselventil gebracht.
Eine Nockenwelle der eingangs genannten Art ist aus der DE 10 2008 005 639 A1 bekannt. In dieser ist eine Nockenwelle mit zwei in deren Grundnockenwelle verschiebbaren Schiebestücken beschrieben. Jedes der Schiebestücke weist mehrere Nockenpakete auf, wobei jedes Nockenpaket zwei Nocken mit unterschiedlichen Nockenprofilen besitzt. Eine Betätigungsvorrichtung dient dem Verschieben der Schiebestücke von einer ersten Schaltstellung in eine zweite Schaltstellung bzw. umgekehrt. Die Verschiebung in axialer Richtung der Schiebestücke ist durch einen Schaltweg einer Schaltkulisse mit zwei Kulissenbahnen definiert. Der Schaltweg entspricht dem mittleren Abstand der beiden Nocken eines Nockenpaares. Die Betätigungsvorrichtung weist zwei Betätigungspins auf, die in die Kulissenbahnen der Schaltkulisse eingreifen können, wodurch mittels der Drehung der Grundnockenwelle die Schiebestücke axial verschoben werden. Ausgehend von der ersten Schaltstellung wird zunächst das eine Schiebestück in die zweite Stellung verschoben. Nach Verschiebung dieses Schiebestücks wird das andere Schiebestück von der ersten in die zweite Schaltstellung verschoben. Bei dieser Nockenwelle ist die Schaltkulisse, bezogen auf die Axialerstreckung der Nockenwelle, neben dem Schiebestück angeordnet. Die Nockenwelle hat deshalb eine relativ große axiale Länge.
Aufgabe der Erfindung ist es, eine Kulissenschaltung der eingangs genannten Art so weiterzubilden, dass diese baulich einfach gestaltet ist und eine kompakte Ausbildung der Nockenwelle, somit die Ausbildung der Nockenwelle mit relativ geringen Abmessungen in deren axialen Länge ermöglicht.
Gelöst wird die Aufgabe bei einer Kulissenschaltung der eingangs genannten Art dadurch, dass die Schaltkulisse feststehend und bezüglich des Schiebestücks radial außenliegend angeordnet ist, wobei die Schaltkulisse auf deren dem Schiebestück zugewandten Seite eine Kulissenbahn zum Eingriff eines verstellbar im Schiebestück gelagerten Kulissenstifts aufweist, wobei Mittel zum Überführen des Kulissenstifts von einer aus der Kulissenbahn ausgerückten Stellung in eine in die Kulissenbahn eingerückten Stellung und umgekehrt vorgesehen sind.
Wesentlich ist bei der erfindungsgemäßen Kulissenschaltung, dass die Schaltkulisse feststehend ist. Sie ist demnach nicht beweglich, insbesondere nicht relativ zur Nockenwelle drehbar. Vorzugsweise ist die Schaltkulisse Bestandteil eines Zylinderkopfs der Brennkraftmaschine und/oder von Lagerbrücken der Nockenwelle und/oder eines Ventildeckels der Brennkraftmaschine. Diese feststehende Schaltkulisse ist bezüglich des Schiebestücks radial außenliegend angeordnet. Die feststehende Schaltkulisse umgibt somit teilweise oder vollständig das Schiebestück. Insbesondere ist die Schaltkulisse als Ring ausgebildet, den die Nockenwelle in der Achsrichtung durchsetzt. In aller Regel ist dieser Ring mehrteilig ausgebildet, um eine einfache Montage der Kulissenschaltung zu ermöglichen. Insbesondere ist der Ring durch zwei Ringhälften gebildet. Grundsätzlich kann die Kulissenschaltung aber auch so ausgebildet sein, dass sich die jeweilige Schaltkulisse nicht über einen Vollkreis, sondern nur über einen Teilkreis erstreckt.
Die Schaltkulisse weist auf deren dem Schiebestück zugewandten Seite die Kulissenbahn zum Eingriff des verstellbar im Schiebestück gelagerten Kulissenstifts auf. Befindet sich der Kulissenstift außer Eingriff bezüglich der Kulissenbahn, somit in einer aus der Kulissenbahn ausgerückten Stellung, verbleibt das Schiebestück in dessen Position, bezogen auf die axiale Erstreckung der Nockenwelle, da kein Formschluss zwischen den zueinander rotierenden Bauteilen – feststehender Schaltkulisse und sich drehender Nockenwelle bzw. sich drehendem Schiebestück – gegeben ist. Erst dann, wenn der Kulissenstift von der aus der Kulissenbahn ausgerückten Stellung in die in die Kulissenbahn eingerückte Stellung bewegt wird, wird der Formschluss zwischen Schaltkulisse und Schiebestück hergestellt, mit der Konsequenz, dass, bei der Verdrehung der Nockenwelle bzw. des Schiebestücks relativ zur feststehenden Schaltkulisse, das Schiebestück in Axialrichtung der Nockenwelle bewegt wird.
Je nach Ausbildung der Kulissenbahn ergibt sich ein Verschieben des Schiebestücks in der einen Richtung oder in der entgegengesetzten Richtung, somit eine Verschiebung zum Wechseln der Nocken des Nockenpakets. Dies erfolgt im Bereich des Grundkreises der Nocken, der für diese Nocken gleich ist.
Bei der erfindungsgemäßen Kulissenschaltung sind des Weiteren die Mittel zum Überführen des Kulissenstifts von der aus der Kulissenbahn ausgerückten Stellung in die in die Kulissenbahn eingerückten Stellung und umgekehrt vorgesehen. Das Einrücken erfolgt um die Verschiebung des Schiebestücks zu ermöglichen, das Ausrücken um eine Verschiebung des Schiebestücks auszuschließen. Die Mittel zum Überführen des Kulissenstifts zwischen diesen Stellungen können auf unterschiedlichste Art und Weise ausgeführt sein.
Gemäß einer bevorzugten Gestaltung der Kulissenschaltung ist vorgesehen, dass der Kulissenstift radial verstellbar im Schiebestück gelagert ist. Durch radiale Verstellung in der einen oder anderen Richtung wird der Kulissenstift in seine in die Kulissenbahn eingerückte Stellung bzw. in die aus der Kulissenbahn ausgerückte Stellung überführt. Um sicherzustellen, dass der Kulissenstift in seiner aus der Kulissenbahn ausgerückten Stellung definiert positioniert ist, ist vorgesehen, dass der Kulissenstift in dieser Stellung mittels Arretiermitteln, insbesondere mittels Arretiermitteln, die eine Feder aufweisen, arretierbar ist. Befindet sich der Kulissenstift in der aus der Kulissenbahn ausgerückten Stellung in seiner arretierten Position, kann er nur mittels besonderer Stellmittel aus dieser Position bewegt werden.
Gemäß einer besonderen Ausführungsform der Erfindung ist vorgesehen, dass die Mittel zum Überführen des Kulissenstifts von der aus der Kulissenbahn ausgerückten Stellung in die in die Kulissenbahn eingerückten Stellung als hydraulisch wirkende Mittel ausgebildet sind, mittels derer der Kulissenstift beaufschlagbar ist. Diese Einrückbewegung erfolgt somit hydraulisch.
Gemäß einem weiterhin bevorzugten Ausführungsbeispiel der Erfindung ist vorgesehen, dass die Mittel zum Überführen des Kulissenstifts von der in die Kulissenbahn eingerückten Stellung in die aus der Kulissenbahn ausgerückten Stellung als mechanisch wirkende Mittel ausgebildet sind, die in Kontakt mit dem Kulissenstift bringbar sind. Demzufolge geschieht das Überführen des Kulissenstifts in die aus der Kulissenbahn ausgerückte Stellung mechanisch.
Vorzugsweise weist die Schaltkulisse zwei Kulissenbahnen und zwei diesen zugeordnete Kulissenstifte auf. Der eine Kulissenstift, der Einfachheit halber als erster Kulissenstift bezeichnet, wirkt mit einer der beiden Schaltkulissen, der Einfachheit halber als erste Schaltkulisse bezeichnet, zusammen und dient bei eingerückter Stellung dem Verschieben des Schiebestücks und damit des Nockenpakets in einer ersten Richtung. Der andere, zweite Kulissenstift, der mit der anderen, zweiten Kulissenbahn in Wirkverbindung bringbar ist, dient dem Verschieben des Schiebestifts und damit des Nockenpakets in der entgegengesetzten, zweiten Richtung.
Es ist insbesondere vorgesehen, dass, bei Drehung des Schiebestücks und axialer Verschiebung des Schiebestücks in einer Richtung infolge des in die erste Kulissenbahn eingerückten ersten Kulissenstifts, der zweite Kulissenstift sich in der aus der zweiten Kulissenbahn ausgerückten Stellung befindet, und bei Drehung des Schiebestücks und axialer Verschiebung des Schiebestücks in entgegengesetzter Richtung, infolge in die zweite Kulissenbahn eingerücktem zweiten Kulissenstift, der erste Kulissenstift sich in der aus der ersten Kulissenbahn ausgerückten Stellung befindet. Der in Wirkstellung befindliche eine Kulissenstift überführt somit infolge der Relativbewegung von Schiebestück und Schaltkulisse den anderen Kulissenstift in seine Nichtwirkstellung und umgekehrt.
Unter diesem Aspekt wird es als besonders vorteilhaft angesehen, wenn die jeweilige Kulissenbahn einen rampenartigen Auslauf zum Überführen des dieser Kulissenbahn zugeordneten Kulissenstifts in dessen ausgerückte Stellung aufweist.
Hinsichtlich der hydraulisch wirkenden Mittel wird es als besonders vorteilhaft angesehen, wenn diese einen Zylinderraum zur Aufnahme des durch den Kulissenstift gebildeten Kolbens besitzen, ferner eine Ölzuführleitung zum Zylinder, die im Schiebestück angeordnet ist, des Weiteren eine Ölzuführleitung in der Grundnockenwelle und eine Ölverbindungsleitung in dem Schiebestück und der Grundnockenwelle zwischen den beiden Ölzuführleitungen. Öl, das der Schmierung der Bauteile der Brennkraftmaschine dient, wird von außen der Ölzuführleitung in der Grundnockenwelle zugeführt und gelangt von dort über die Ölverbindungsleitung zur Ölzuführleitung und zum Zylinder im Schiebestück. Wird über diese Ölzuführung ein kurzer Druckimpuls auf den Zylinder ausgegeben, führt dies zu einer Verschiebung des Kulissenstifts aus dessen aus der Kulissenbahn ausgerückten Stellung heraus, insbesondere bei Überwindung der Arretiermittel. Der Kulissenstift wird in seinem die Kulissenbahn ausgerückte Stellung überführt. Aufgrund des Formschlusses zwischen Kulissenstift und Kulissenbahn erfolgt die Relativverschiebung des sich drehenden Schiebestücks in dessen Längsrichtung relativ zur feststehenden Schaltkulisse.
Bei Verwendung von zwei Kulissenstiften ist die Ölzuführleitung im Schiebestück insbesondere mit den beiden Zylindern im Schiebestück verbunden, die die beiden Kulissenstifte aufnehmen. Demzufolge liegt bei einem Druckimpuls der Öldruck an beiden Kulissenstiften an, wobei nur der eine Kulissenstift ausfahren kann, während der andere Kulissenstift an dieser Bewegung gehindert ist, da er nicht im Bereich einer Kulissenbahn, sondern aus dieser über die Rampe herausbewegt ist.
Gemäß einer bevorzugten Ausführungsform ist vorgesehen, dass jedem Zylinder der die Nockenwelle aufweisenden Brennkraftmaschine ein Schiebestück zugeordnet ist. Es ist insbesondere ein solches Schiebestück jedem Zylinder zugeordnet, das zwei Nockenpakete aufweist. Über die beiden dem Zylinder zugeordneten Nockenpakete werden zwei Ventile des jeweiligen Zylinders – zwei Einlassventile oder zwei Auslassventile – gesteuert.
Die Nocken des jeweiligen Nockenpakets weisen unterschiedliche Nockenprofile auf. Die Nocken des jeweiligen Nockenpakets sind insbesondere so gestaltet, dass sie ein unterschiedliches Nockenprofil betreffend deren Kontur und/oder Hub aufweisen.
Eine baulich besonders einfache Gestaltung und Lagerung des jeweiligen Schiebestücks in der Grundnockenwelle ergibt sich, wenn die Grundnockenwelle im Bereich des jeweiligen Schiebestücks eine Keilverzahnung am Außendurchmesser und das Schiebestück eine korrespondierende Keilverzahnung am Innendurchmesser aufweist. Aufgrund der Keilverzahnungen kann das Schiebestück axial auf der Grundnockenwelle verschoben werden, sich jedoch nicht relativ zur Grundnockenwelle verdrehen.
Die erfindungsgemäße Kulissensteuerung ermöglicht eine Hin- und Rückschaltung über eine feststehende, insbesondere zylinderkopffeste Schaltkulisse. Die Schaltbetätigung erfolgt vorzugsweise hydraulisch. Hierbei ist die Schaltkulisse insbesondere zweiteilig und im Zylinderkopf fest. Der jeweilige Schaltstift rotiert mit dem Schiebestück. Beim Schaltvorgang werden die Stifte durch Hydraulik in die Schaltkulisse eingefahren. Die Hin- und Rückschaltung erfolgt über je eine Kulisse. Eine Steuerleitung für Hin- und Rückschaltung (Schaltstellung A und B) und für alle Zylinder ist insbesondere vorgesehen.
Die Kulissenschaltung ist einsetzbar für Ein- und Mehrzylinder-Motoren. Die Lagerung der Nockenwelle kann über Schiebestücke oder über Lagerstellen zwischen den Schiebestücken erfolgen.
Weitere Merkmale der Erfindung ergeben sich aus den Unteransprüchen, der beigefügten Zeichnung und der Beschreibung des in der Zeichnung wiedergegebenen, bevorzugten Ausführungsbeispiels, ohne auf dieses beschränkt zu sein. Es zeigt:
1 eine räumliche Darstellung einer Nockenwelle mit der erfindungsgemäßen Kulissenschaltung für die Nockenwelle,
2 eine räumliche Ansicht der in 1 veranschaulichten Bauteile in einer Explosionsdarstellung,
3 einen Längsschnitt durch die Anordnung gemäß 1 für den Bereich, der einem Zylinder der Brennkraftmaschine – Zylinder 1 – zugeordnet ist,
4 einen Schnitt gemäß der Linie IV-IV in 3.
Veranschaulicht ist in den Figuren die erfindungsgemäße Kulissenschaltung für eine Nockenwelle 1, die bei einer Verbrennungskraftmaschine, die als Vierzylinder-Reihenmotor ausgebildet ist, Verwendung findet. Die Nockenwelle 1 dient dem Steuern der Bewegung von Einlassventilen, wobei jeder Zylinder der Brennkraftmaschine zwei Einlassventile aufweist. Stattdessen kann die Nockenwelle durchaus auch zur Steuerung der Auslassventile der Brennkraftmaschine vorgesehen sein.
Die Nockenwelle 1 weist eine Grundnockenwelle 2 mit Nockenwellenantrieb 3 im Bereich eines Endes der Grundnockenwelle 2 auf. Der Nockenwellenantrieb 3 wird mittels eines die Kurbelwelle der Brennkraftmaschine umschließenden Riemens angetrieben, wobei während des Motorlaufs die Grundnockenwelle 3 mit halber Kurbelwellendrehzahl rotiert. Entsprechend der Anordnung der vier Zylinder der Brennkraftmaschine weist die Grundnockenwelle 2 beispielsweise vier Keilverzahnungen 4 auf, die mit Abstand voneinander in Längsrichtung der Grundnockenwelle 2 angeordnet sind. Diese Keilverzahnungen 4 am Außendurchmesser dienen der Aufnahme von Schiebestücken 5, somit von vier Schiebestücken 5, die eine Keilverzahnung 6 am Innendurchmesser aufweisen. Jedes der Schiebestücke 5 ist identisch ausgebildet und weist jeweils zwei Nockenpakete 7 auf, wobei das jeweilige Nockenpaket 7 als Nockenpaar ausgebildet ist. Das jeweilige Nockenpaar weist somit zwei Nocken 8, 9 auf. Die beiden Nocken 8, 9 besitzen unterschiedliche Nockenprofile betreffend deren Kontur und/oder deren Hub, bei gleichem Grundkreis.
Aufgrund der Keilverzahnung 4 und 6 lassen sich die Schiebestücke 5 axial auf der Grundnockenwelle 2 verschieben, können sich jedoch nicht relativ zur Grundnockenwelle 2 drehen.
Das jeweilige Schiebestück 5 ist, entsprechend der Zündfolge der Zylinder des Reihenmotors aus einer Stellung A in eine Stellung B axial verschiebbar. Diese Stellung A ist für ein Schiebestück 5 in der 3 veranschaulicht. In dieser Stellung kontaktieren die Nocken 9 der beiden Nockenpakete 7 dieses Schiebestücks 5 mittelbar oder unmittelbar die beiden diesem Zylinder des Reihenmotors zugeordneten Einlassventile. Wird das Schiebestück 5 im Grundkreis der Nocken 8, 9 aus der Stellung in die Stellung B nach rechts verschoben, gelangen die Nocken 8 der beiden Nockenpakete 7 in mittelbaren oder unmittelbaren Kontakt mit den Einlassventilen.
Diese Bewegung des jeweiligen Schiebestücks 5 aus der Stellung A in die Position B und von dieser zurück in die Stellung A, somit die Hin- und Rückschaltung des Schiebestücks 5 ist aufgrund folgender Gestaltung der Kulissenschaltung ermöglicht:
Es sind pro Schiebestück 5 zwei feststehende Schaltkulissen 10 vorgesehen, die bezüglich der Grundnockenwelle 2 außenliegend sind. Jedem Zylinder zugeordnet weist eine Schaltkulisse 10 Ringhälften 12 und 13 und die andere Schaltkulisse 10 Ringhälften 14 und 15 auf. Die Schaltkulissen 10 sind Bestandteil des Zylinderkopfs (nicht dargestellt) und/oder der Lagerbrücken der Nockenwelle 1 (nicht dargestellt) und/oder eines Ventildeckels (nicht dargestellt). Je nach konstruktiver Ausführung können die Schaltkulissen 10 als separate Teile montiert werden, zum Beispiel durch Verschrauben oder Einpressen, oder werden aus dem Trägerbauteil, zum Beispiel dem Zylinderkopf herausgearbeitet. Im Falle eines Gussteils kann die Kontur direkt gegossen werden.
Bezogen auf den jeweiligen Zylinder weist die eine Schaltkulisse 10 mit den Ringhälften 12 und 13 eine Kulissenbahn 16 und die Schaltkulisse 10 mit den Ringhälften 14 und 15 eine gegenüber der Kulissenbahn 16 veränderte Kulissenbahn 17 auf. Die Kulissenbahn 16 ist so wendelförmig in die beiden Ringhälften 12 und 13 integriert, dass sie sich rechtsdrehend in Richtung der die Ringhälften 14 und 15 aufweisenden Schaltkulisse 10 erstreckt. Die Kulissenbahn 17 der anderen Schaltkulisse 10 hingegen erstreckt sich rechtsdrehend in Richtung der die Ringhälften 12 und 13 aufweisenden Schaltkulisse 10. Demzufolge dient die Schaltkulisse 10 mit den Ringhälften 12 und 13 dem Hinschalten des jeweiligen Schiebestücks 5, somit von der Stellung A in die Stellung B, und die Kulissenbahn 17 der Rückschaltung des Schiebestücks 5. Die jeweilige Kulissenbahn 16 bzw. 17 ist so gestaltet, dass sie einen rampenartigen Auslauf 11 aufweist, womit diese Kulissenbahn im Bereich des Endes dieses Auslaufs keine Nuttiefe mehr aufweist.
Im Bereich beider Enden des jeweiligen Schiebestücks weist dieses jeweils eine sich radial erstreckende Bohrung auf, die einen nach radial außen offenen Zylinder 18 zur Aufnahme eines in diesem geführten Kulissenstifts 19 bildet. Die Länge des Zylinders 18 entspricht im Wesentlichen der Länge des Kulissenstifts 19, sodass dieser in seiner vollständig in den Zylinder 18 eingesteckten Stellung nicht außen über die Umfangsfläche des Schiebestücks 5 ragt. Radial innen stehen die beiden Zylinder 18 über eine gemeinsame, als Bohrung ausgebildete Ölzuführleitung 20 in Verbindung. Diese ist im Bereich beider Enden mittels Stopfen 21, die in das Schiebestück eingesteckt sind, verschlossen. Parallel zu der Bohrung der Ölzuführleitung 20 sind zwei weitere Bohrungen 22 in das Schiebestück 5 eingebracht, die etwa auf halber Länge der Zylinder 18 diese durchsetzen. Im Bereich abgewandter Enden des Schiebestücks 15 sind diese Bohrungen 22 gleichfalls mittels Stopfen 23 verschlossen. Die jeweilige Bohrung 22 nimmt im Bereich des dem Stopfen 23 abgewandten Endes eine Schraubendruckfeder 24 auf, die auf eine in der Bohrung 22 geführte Kugel 25 einwirkt. Diese Kugel 25 kontaktiert den zugeordneten Kulissenstift 19 im Bereich dessen radialen Umfangs. Der Kulissenstift 19 ist auf halber Länge außen mit einer umlaufenden Rastvertiefung 26 zur Aufnahme der Kugel 25 bei vollständig in den Zylinder 18 eingefahrenem Kulissenstift 19 versehen.
Auch die Grundnockenwelle 2 besitzt ein Bohrungssystem für einen Ölkreislauf. So weist die Grundnockenwelle 2 konzentrisch zu deren Rotationsachse eine Durchgangsbohrung 27 auf. Benachbart dem Nockenwellenantrieb 3 ist die Grundnockenwelle 2 mit einer radialen Bohrung 28 versehen, die mit der Bohrung 27 verbunden ist. Des Weiteren ist die Schaltkulisse mit einer radialen Durchgangsbohrung 29 versehen, die in beiden Schaltstellungen des Schiebestücks 15 mit einem in Axialrichtung der Grundnockenwelle angeordneten Langloch 30 in Strömungsverbindung steht. Diese Gestaltung ermöglicht es, über die Bohrungen 28, 27 und das Langloch 30 in der Grundnockenwelle 2 Schaltöl in die Bohrungen 29 und 20 des Schiebestücks 5 und von dort in die Zylinder 18 zu fördern, sodass ein Schaltdruck an beiden Kulissenstiften 19 ansteht.
Die Kulissensteuerung weist somit über den beschriebenen Schalt-Ölkreislauf Mittel zum Überführen des jeweiligen Kulissenstifts 19 von der aus der Kulissenbahn 16 bzw. 17 ausgerückten Stellung in die die Kulissenbahn eingerückte Stellung auf.
Ferner weist die Kulissenschaltung aufgrund der Gestaltung der Rampe 11 mechanisch wirkende Mittel auf, die dem Überführen des jeweiligen Kulissenstifts 19 aus der in die Kulissenbahn 16 bzw. 17 eingerückten Stellung in die aus dieser Kulissenbahn ausgerückte Stellung dienen.
Es ergibt sich somit folgende Funktionsweise der erfindungsgemäßen, außenliegenden Kulissenschaltung:
Während des Motorlaufs rotiert die Grundnockenwelle 2 mit den darauf befindlichen Schiebestücken 5 mit halber Kurbelwellendrehzahl. Die Schiebestücke befinden sich zum Beispiel in einer ersten Schaltstellung, in der, bezogen auf ein Schiebestück 5, dessen Kulissenstift 19 nicht ausgefahren sind. Demzufolge rotieren die Kulissenstifte 19 mit dem Schiebestück 5. Aufgrund des Arretiersystems mit Feder 24 und Kugel 25 im Zusammenwirken mit der Rastvertiefung 26 im jeweiligen Kulissenstift 19 ist sichergestellt, dass der Kulissenstift 19 im nichtgeschalteten Zustand nicht ausfahren. Durch einen von der Motorsteuerung ausgelösten Impuls wird der Systemdruck im Schalt-Ölkreislauf erhöht. Der anstehende Druck bewirkt an den beiden Kulissenstiften 19 des jeweiligen Schiebestücks 5, dass die Kugeln 25 der Fliehkraft-Arretierung gegen die Kraft der Federn 24 zurückfahren und demzufolge die Kulissenstifte 19 ausfahren können. Die Gestaltung der unterschiedlichen Kulissenbahnen 16 und 17 bedingt, dass nur der eine der beiden Kulissenstifte 19 des Schiebestücks 5 ausfahren kann; im Ausführungsbeispiel gemäß 3 der Kulissenstift 19, der der Kulissenbahn 16 zugeordnet ist. Damit wird dieser Kulissenstift 19 von der einen Schaltstellung in die andere Schaltstellung bewegt. Der andere Kulissenstift 19, der der Kulissenbahn 17 zugeordnet ist, kann nicht einspuren, da er dem Ende des rampenartigen Auslaufs 11 zugeordnet ist, deren Abstand von der Rotationsachse der Grundnockenwelle 2 etwa dem Abstand des radial äußeren Endes dieses Kulissenstifts 19 von der Rotationsachse der Grundnockenwelle 2 entspricht. Wegen des formschlüssigen Eingriffs des Kulissenstifts 19 in die Kulissenbahn 16 der stationären Schaltkulisse 10 bewegt sich bei Drehung der Grundnockenwelle 2 das Schiebestück 5, bezogen auf die Orientierung nach 3, nach rechts, womit der Nocken 8 in die bisherige Position des Nockens 9 verschoben wird. In dieser Stellung ist der Kulissenstift 19, der der Kulissenbahn 16 zugeordnet ist, mittels des rampenartigen Auslaufs 11 in die eingefahrene, mittels der Kugel 25 rastierte Stellung verschoben worden. Es stellt sich somit die beschriebene Ausgangssituation dar, mit dem Unterschied, dass nunmehr der eingefahrene, arretierte Kulissenstift 19 benachbart der Kulissenbahn 17 zugeordnet ist und bei erneuter Schaltung des Ölkreislaufs dieser Kulissenstift 19 in die Kulissenbahn 17 einfährt, während der andere Kulissenstift 19 nicht ausfahren kann, weil er dem rampenartigen Auslauf 11 zugewandt ist.
Die Erfindung schlägt somit eine außenliegende Kulissenschaltung vor, die ein Hin- und Rückschalten über eine zylinderkopffeste Kulisse ermöglicht. Die Schaltbetätigung ist hydraulisch, wobei eine Steuerleitung für die Hin- und Rückschaltung und für alle Zylinder vorhanden ist. Die Hin- und Rückschaltung erfolgt über die eine Kulisse. Einsetzbar ist diese Kulissenschaltung für Ein- oder Mehrzylindermotoren. Die Gestaltung und Anordnung der Kulissen für die Zylinder 1 bis 4 ermöglicht es, die Nockenpaare des jeweiligen Zylinders einzeln in der Zündreihenfolge von der Stellung des einen Nockens in die Stellung des anderen Nockens des jeweiligen Nockenpaars zu verschieben. Der Verschiebeweg wird allein durch die Gestaltung der Kulissen festgelegt. Die Rückschaltung der Zylinder in der Zündreihenfolge erfolgt nach demselben Schema wie die Hinschaltung. Zusätzlich kann ein externer Druckölspeicher vorgesehen sein, der den zur Schaltung erforderlichen Öldruck speichert und puffert, um hohe Schaltgeschwindigkeiten zu ermöglichen. Die Regelung des Öldrucks zum Schalten der Kulissenstifte 19 erfolgt durch ein nicht dargestelltes Schaltventil, das an beliebiger Stelle am bzw. im Zylinderkopf sitzen kann. Vorzugsweise sind seitlich der Nockenpaare des jeweiligen Schiebestücks 5 die Aufnahmebohrungen für die Kulissenstifte im Schiebestück 5 angeordnet.
Bezugszeichenliste

1: Nockenwelle
2: Grundnockenwelle
3: Nockenwellenantrieb
4: Keilverzahnung
5: Schiebestück
6: Keilverzahnung
7: Nockenpaket
8: Nocken
9: Nocken
10: Schaltkulisse
11: Rampenartiger Auslauf
12: Ringhälfte
13: Ringhälfte
14: Ringhälfte
15: Ringhälfte
16: Kulissenbahn
17: Kulissenbahn
18: Zylinder
19: Kulissenstift
20: Ölzuführleitung
21: Stopfen
22: Bohrung
23: Stopfen
24: Schraubendruckfeder
25: Kugel
26: Rastvertiefung
27: Bohrung
28: Bohrung
29: Bohrung
30: Langloch

ZITATE ENTHALTEN IN DER BESCHREIBUNG
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Zitierte Patentliteratur

DE 102008005639 A1 [0003]

Claims

Kulissenschaltung für eine Nockenwelle (1), mit der Nockenwelle (1), die eine drehend antreibbare Grundnockenwelle (2) und mindestens ein in der Grundnockenwelle (2) gelagertes und in deren Längsrichtung verschiebbares Schiebestück (5) aufweist, wobei das Schiebestück (5) mindestens ein Nockenpaket (7) mit mindestens zwei Nocken (8, 9) mit unterschiedlichen Profilen aufweist, sowie mit einer eine Schaltkulisse (10) aufweisenden Schalteinrichtung zum Verschieben des mindestens einen Schiebestücks (5) in unterschiedliche Schaltstellungen der Nockenprofile, dadurch gekennzeichnet, dass die Schaltkulisse (10) feststehend und bezüglich des Schiebestücks (5) radial außenliegend angeordnet ist, wobei die Schaltkulisse (10) auf deren dem Schiebestück (5) zugewandten Seite mindestens eine Kulissenbahn (16, 17) zum jeweiligen Eingriff eines verstellbar im Schiebestück (5) gelagerten Kulissenstifts (19) aufweist, wobei Mittel (11, 28, 27, 30, 29, 20, 18) zum Überführen des Kulissenstifts (19) von einer aus der Kulissenbahn (16, 17) ausgerückten Stellung in eine in die Kulissenbahn (16, 17) eingerückten Stellung und umgekehrt vorgesehen sind.
Kulissenschaltung nach Anspruch 1, dadurch gekennzeichnet, dass die Schaltkulisse (10) als Ring ausgebildet ist, insbesondere als Ring, der durch zwei Ringhälften (12, 13; 14, 15) gebildet ist.
Kulissenschaltung nach Anspruch 1 oder 2, dadurch gekennzeichnet, dass die Schaltkulisse (10) Bestandteil eines Zylinderkopfs und/oder von Lagerbrücken der Nockenwelle und/oder eines Ventildeckels der Brennkraftmaschine ist.
Kulissenschaltung nach einem der Ansprüche 1 bis 3, dadurch gekennzeichnet, dass der Kulissenstift (19) radial verstellbar im Schiebestück (5) gelagert ist.
Kulissenschaltung nach einem der Ansprüche 1 bis 4, dadurch gekennzeichnet, dass der Kulissenstift (19), insbesondere alle Kulissenstifte (19), in der aus der Kulissenbahn (16, 17) ausgerückten Stellung mittels Arretiermitteln (25), insbesondere mittels Arretiermitteln (25), die federbeaufschlagt sind, arretierbar ist/sind.
Kulissenschaltung nach einem der Ansprüche 1 bis 5, dadurch gekennzeichnet, dass die Mittel zum Überführen des Kulissenstifts (19) von der aus der Kulissenbahn (16, 17) ausgerückten Stellung in die in die Kulissenbahn (16, 17) eingerückte Stellung als hydraulisch wirkende Mittel (28, 27, 30, 29, 20, 18) ausgebildet sind, mittels derer der Kulissenstift (19) beaufschlagbar ist.
Kulissenschaltung nach einem der Ansprüche 1 bis 6, dadurch gekennzeichnet, dass die Mittel zum Überführen des Kulissenstifts (19) von der in die Kulissenbahn (16, 17) eingerückten Stellung in die aus der Kulissenbahn (16, 17) ausgerückte Stellung als mechanisch wirkende Mittel (11) ausgebildet sind, die in Kontakt mit dem Kulissenstift (19) bringbar sind.
Kulissenschaltung nach einem der Ansprüche 1 bis 7, dadurch gekennzeichnet, dass die Schaltkulisse (10) zwei Kulissenbahnen (16, 17) und zwei diesen zugeordnete Kulissenstifte (19) aufweist.
Kulissenschaltung nach Anspruch 7 oder 8, dadurch gekennzeichnet, dass bei Drehung des Schiebestücks (5) und axialer Verschiebung des Schiebestücks (5) in einer Richtung, infolge in eine erste Kulissenbahn (16) eingerücktem ersten Kulissenstift (19), der zweite Kulissenstift (19) sich in der aus der zweiten Kulissenbahn (17) ausgerückten Stellung befindet, und bei Drehung des Schiebestücks (5) und axialer Verschiebung des Schiebestücks (5) in entgegengesetzter Richtung, infolge in die zweite Kulissenbahn (17) eingerücktem zweitem Kulissenstift (19), der erste Kulissenstift (19) sich in der aus der ersten Kulissenbahn (16) ausgerückten Stellung befindet.
Kulissenschaltung nach Anspruch 9, dadurch gekennzeichnet, dass die jeweilige Kulissenbahn (16, 17) einen rampenartigen Auslauf (11) zum Überführen des dieser Kulissenbahn (16, 17) zugeordneten Kulissenstifts (19) in dessen ausgerückte Stellung aufweist.
Kulissenschaltung nach einem der Ansprüche 6 bis 10, dadurch gekennzeichnet, dass die hydraulisch wirkenden Mittel (28, 27, 30, 29, 20, 18) einen Zylinderraum (18) zur Aufnahme des durch den Kulissenstift (19) gebildeten Kolbens, eine Ölzuführleitung (20) zum Zylinder (18), die im Schiebestück (5) angeordnet ist, eine Ölzuführleitung (28, 27) in der Grundnockenwelle (2) und eine Ölverbindungsleitung (29, 30) in dem Schiebestück (5) und der Grundnockenwelle (2) zwischen den beiden Ölzuführleitungen (20, 28, 27) aufweist.
Kulissenschaltung nach einem der Ansprüche 6 bis 11, dadurch gekennzeichnet, dass die Ölzuführleitung (20) zwei Zylinder (18) zur Aufnahme von zwei Kulissenstiften (19) verbindet.
Kulissenschaltung nach einem der Ansprüche 1 bis 12, dadurch gekennzeichnet, dass jedem Zylinder der die Nockenwelle (1) aufweisenden Brennkraftmaschine ein Schiebestück (5) zugeordnet ist, insbesondere ein Schiebestück (5) zugeordnet ist, das zwei Nockenpakete (7) aufweist.
Kulissenschaltung nach einem der Ansprüche 1 bis 13, dadurch gekennzeichnet, dass die Grundnockenwelle (2) im Bereich des jeweiligen Schiebestücks (5) eine Keilverzahnung (4) am Außendurchmesser und das Schiebestück (5) eine korrespondierende Keilverzahnung (6) am Innendruchmesser aufweist.