AT521559B1

AT521559B1 - Variable ventiltriebvorrichtung

Info

Publication number: AT521559B1
Application number: ATA50612/2018A
Authority: AT
Inventors: Lekanic BSc David; Zinterl Bsc Martin
Original assignee: Avl List Gmbh
Priority date: 2018-07-16
Filing date: 2018-07-16
Publication date: 2022-08-15
Also published as: EP3824165A1; WO2020014722A1; EP3824165B1; AT521559A1

Abstract

Die Erfindung betrifft eine variable Ventiltriebvorrichtung (1) zur Betätigung zumindest eines Gaswechselventiles einer Brennkraftmaschine, mit einer um eine Drehachse (2a) drehbar gelagerten Nockenwelle (2) mit zumindest einem über eine Verstellvorrichtung (20) verstellbaren Nockenelement (3), wobei das Nockenelement (3) zwischen zumindest einer eingeklappten ersten Stellung (A) und einer ausgeklappten zweiten Stellung (B) schwenkbar um eine Schwenkachse (3a) gelagert ist, welche parallel zur Drehachse (2a) verlaufend und in einem ersten Abstand (a) zu dieser auf der Nockenwelle (2) angeordnet ist, und wobei das verstellbare Nockenelement (3) benachbart in Richtung der Drehachse (2a) der Nockenwelle (2) zu zumindest einem starr mit der Nockenwelle (2) verbundenen Basisnocken (4a, 4b) angeordnet ist, wobei die Verstellvorrichtung (20) zumindest eine innerhalb der Nockenwelle (2) zwischen zumindest einer ersten Schubstellung (A1) und einer zweiten Schubstellung (B1) verschiebbar angeordnete Schubstange (6) aufweist, wobei die Schubstange (6) zumindest eine Anschlagfläche (7) für das Nockenelement (3) und zumindest eine zumindest teilweise geneigt zur Drehachse (2a) der Nockenwelle (2) ausgebildete Rampenfläche (8) aufweist. Das Nockenelement (3) weist eine mit der Rampenfläche (8) der Schubstange (6) zusammenwirkende Gegenrampenfläche (13) auf, welche zumindest teilweise geneigt zur Drehachse (2a) der Nockenwelle (2) ausgebildet ist.

Description

Die Erfindung betrifft eine variable Ventiltriebvorrichtung zur Betätigung zumindest eines Gaswechselventiles einer Brennkraftmaschine, mit einer um eine Drehachse drehbar gelagerten Nockenwelle mit zumindest einem über eine Verstellvorrichtung verstellbaren Nockenelement, wobei das Nockenelement zwischen zumindest einer eingeklappten ersten Stellung und einer ausgeklappten zweiten Stellung schwenkbar um eine Schwenkachse gelagert ist, welche parallel zur Drehachse verlaufend und in einem ersten Abstand zu dieser auf der Nockenwelle angeordnet ist, und wobei das verstellbare Nockenelement benachbart in Richtung der Drehachse der Nockenwelle zu zumindest einem starr mit der Nockenwelle verbundenen Basisnocken angeordnet ist, wobei die Verstellvorrichtung zumindest eine innerhalb der Nockenwelle zwischen zumindest einer ersten Schubstellung und einer zweiten Schubstellung verschiebbar angeordnete Schubstange aufweist, wobei die Schubstange zumindest eine vorzugsweise parallel zur Drehachse der Nockenwelle ausgebildete Anschlagfläche für das Nockenelement und zumindest eine geneigt zur Drehachse der Nockenwelle ausgebildete Rampenfläche aufweist.

An die Ventiltriebvorrichtungen von Brennkraftmaschinen werden je nach Betriebszustand unterschiedliche Anforderungen gestellt. Bei geringer Last ist es von Vorteil, wenn der Ventilhub geringer ist als bei hoher Last, um die Verbrennungsvorgänge in den einzelnen Zylindern nicht nachteilig zu beeinflussen. Gleichzeitig gibt es Bedarf, die Ventilhubkurve variieren zu können, um das Öffnen und Schließen der Ein- und Auslassventile zu beeinflussen. Es sind daher im Stand der Technik verschiedene Lösungen für variable Ventiltriebe bekannt, um

entsprechende Einflussmöglichkeiten bereit zu stellen.

Die WO 95/16852 A1 beschreibt eine Lösung, eine in einer hohl ausgeführten Nockenwelle axial verschiebbare Schubstange einzusetzen, um ein Nockenelement aus einer ersten Stellung in eine zweite Stellung auszufahren, um die Ventilhubkurve zu variieren. Die Schubstange weist dabei an ihrer Mantelfläche eine Rampe auf, die auf eine in einer Radialbohrung der Nockenwelle angeordnete Kugel einwirkt, welche eine Innenfläche des verdrehbar gelagerten Nockenelements kontaktiert. Bei einem axialen Verschiebvorgang der Schubstange wird die Kugel in der Radialbohrung bewegt und somit das Nockenelement aus einer ersten Stellung in eine zweite Stellung geschwenkt. Durch diese Lösung sind nur kleine

Auslenkungen zwischen erster und zweiter Stellung möglich und es lassen sich nur

geringfügige Änderungen an der Ventilhubkurve realisieren. Des Weiteren besteht durch die vielfachen Kontaktflächen zwischen Schubstange, Kugel und Nockenelement das Risiko eines erhöhten Verschleißes.

Die EP 3 045 690 A2 beschreibt eine variable Ventilbetätigungseinrichtung mit einer Nockenwelle, auf der zwischen zwei Stellungen schwenkbare Nockenelemente angeordnet sind. Die Betätigung jedes schwenkbaren Nockenelements erfolgt über ein innerhalb der Nockenwelle in Richtung der Drehachse der Nockenwelle verschiebbar gelagertes Kolbenelement, welches hydraulisch entgegen einer Rückstellfeder in einer innerhalb der Nockenwelle angeordneten Führungshülse auslenkbar ist. Das Kolbenelement weist auf der Mantelfläche eine Rampe auf, die auf einen quer zum Kolbenelement in einer Radialbohrung der Nockenwelle verschiebbaren Haltestift zusammenwirkt. Wird das Kolbenelement durch Hydraulikdruck ausgelenkt, so schiebt die Rampe den Haltestift in der Radialbohrung der Nockenwelle nach außen, wobei der Haltestift das Nockenelement in seine ausgeschwenkte zweite Stellung drückt und in dieser Stellung hält. Im drucklosen Zustand wird das Kolbenelement durch die Rückstellfeder in die Ruhestellung verschoben, in welcher der Haltestift freigegeben wird und somit das Nockenelement in seine erste Stellung geschwenkt werden kann. In der ausgefahrenen zweiten Stellung kann das Nockenelement über eine Fixiereinrichtung fixiert werden. Die Fixiereinrichtung weist zumindest einen hydraulisch entgegen einer Rückstellfeder betätigbaren Sperrstift auf, welcher in einer exzentrisch in der Nockenwelle angeordneten Führungszylinder verschiebbar gelagert ist und in einer Sperrstellung in ein Stiftloch des Nockenelementes eingreift. Nachteilig ist die große Anzahl an Bauteilen und Kontaktflächen, insbesondere im Kraftfluss zwischen dem Kolbenteil und dem Nockenteil, welche

sich ungünstig auf die Gesamttoleranz und das Betätigungsspiel auswirken.

Aus der FR 322 489 A ist es bekannt ein schwenkbar in der Nockenwelle gelagerten Nockenelement durch eine in der Nockenwelle verschiebbar angeordnete Schubstange zu betätigen. Die Schubstange weist dabei eine relativ flache Rampenfläche auf, welche durch den Mantel eines kegelstumpfförmigen Abschnitts der Schubstange gebildet ist. Das Nockenelement ist in einem Bereich des Nockens drehbar gelagert, welcher Bereich die höchste Nockenerhebung aufweist. Dadurch kann durch Ausfahren des Nockenelements nur eine Flanke der Erhebungskurve, nicht aber die gesamte Erhebungskurve verändert werden. Insbesondere kann der

maximale Hub nicht beeinflusst werden. Ein weiterer Nachteil ist, dass die Rampe durch einen kegelstumpfartigen Bereich der Schubstange gebildet ist. Mit der in der FR 322 489 A gezeigten Ausführung kann das Nockenelement höchstens lediglich um den halben Durchmesser der Schubstange verschoben werden, wobei die Rampenfläche auf eine seitliche Kante des Nockenelementes einwirkt. Eine Gegenrampenfläche am Nockenelement ist nicht vorgesehen - daher kann es zu Fehlbetätigungen und zum Verklemmen kommen, was sich nachteilig auf die Betriebssicherheit auswirkt. Außerdem ist diese bekannte Ventiltriebvorrichtung relativ verschleißanfällig. Dies trifft auch auf die aus FR 569 928 A bekannte ähnliche Nockensteuerungsvorrichtung zu, welche aber ohne Basisnocken

ausgeführt ist.

Die DE 102 42 235 A1 beschreibt eine Ventilsteuerung mit einer Nockenwelle mit Hauptnocke und einer Zusatznocke, die in radialer Richtung zu einer Drehachse der Nockenwelle verstellbar ist. Dazu ist ein innerhalb der Nockenwelle gelagertes Stellelement vorgesehen, das ein schräg zur Drehachse verlaufendes Stellteil aufweist. Durch Verstellen des Stellelements in axialer Richtung der Nockenwelle

kann der Zusatznocken stufenlos in verschiedene Stellungen gebracht werden.

In der EP 3 045 690 A?2 ist eine Ventiltriebvorrichtung beschrieben, bei der auf einer Nockenwelle ein Basisnocken mit einem in radialer Richtung beweglichen Nockenelement ergänzt ist. Über ein Stoppelement wird das Nockenelement in verschiedenen Positionen gehalten, die über ein in axialer Richtung der Nockenwelle bewegliches Unterstützungselement mit einem konkaven Teil und einem Höckerteil einstellbar sind.

Die DE 10 2016 103 233 A1 offenbart eine variable Ventilbetätigungsvorrichtung, bei der zumindest ein Nockenelement auf der Nockenwelle schwenkbar zwischen einer ersten Stellung und einer zweiten Stellung gelagert ist, wobei ein elastisches Element auf das Nockenelement in Richtung der ausgefahrenen zweiten Stellung einwirkt. In der ausgefahrenen Stellung kann das Nockenelement über eine Fixiereinrichtung fixiert werden. Die Fixiereinrichtung weist auch hier zumindest einen hydraulisch entgegen einer Rückstellfeder betätigbaren Sperrstift auf, welcher in einer exzentrisch in der Nockenwelle angeordneten Führungszylinder verschiebbar gelagert ist und in einer Sperrstellung in ein Stiftloch des

Nockenelementes eingreift. Das Nockenelement ist mit einem Antriebselement

verbunden, welches mit einem Pressteil zusammenwirkt. Über das Antriebselement kann das Nockenelement durch den Pressteil wieder zurück in die erste Stellung bewegt werden. Die JP 2016 200053 A zeigt eine ähnliche

Ventilbetätigungsvorrichtung.

Nachteilig an den bekannten Lösungen ist also teilweise, dass durch die schwenkbaren Nockenelemente bestehende Ventilhebekurven nur beeinflusst, aber nicht geändert werden können. Außerdem sind die Mechanismen zum Verdrehen

der Nockenelemente durchwegs aufwändig und verschleiß- bzw. fehleranfällig.

Es ist daher eine Aufgabe der Erfindung, eine einfache betriebssichere

Ventiltriebvorrichtung mit großer Variabilität im Ventilhub bereitzustellen.

Ausgehend von einer Ventiltriebvorrichtung der eingangs genannten Art wird die Aufgabe erfindungsgemäß dadurch gelöst, dass das Nockenelement eine mit der Rampenfläche der Schubstange zusammenwirkende Gegenrampenfläche aufweist, welche zumindest teilweise geneigt zur Drehachse der Nockenwelle ausgebildet ist,

wobei die Rampenfläche auf einer Stirnseite der Schubstange angeordnet ist.

Beim Verschieben der Schubstange gleiten Rampenfläche und Gegenrampenfläche aufeinander. Dadurch kann der Verschleiß verringert und andererseits ein Verklemmen des Mechanismus weitgehend ausgeschlossen werden.

Günstigerweise ist das Nockenelement mit der Schubstange in zumindest einer Schubstellung direkt kontaktierbar, sodass die Schubstange unmittelbar auf das Nockenelement einwirkt. Es sind somit keine Übertragungselemente zwischen Schubstange und Nockenelement notwendig. Dies hat den Vorteil, dass die Gesamttoleranz und das Betätigungsspiel geringgehalten werden kann. Somit ist eine viel exaktere Verstellung des Ventilhubes möglich. Zudem wird durch die geringere Anzahl von Punkt- bzw. Flächenkontakten der Verschleiß der Vorrichtung

verringert.

In einer Ausführungsvariante der Erfindung ist vorgesehen, dass die Rampenfläche sich über die gesamte Stirnfläche der Stirnseite erstreckt. Dadurch ist ein relativ großer Verstellbereich des Ventilhubs zwischen der ersten und der zweiten Stellung des Nockenelementes möglich.

Eine Ausführungsvariante der Erfindung sieht vor, dass die Rampenfläche zumindest zwei Bereiche mit unterschiedlichen Neigungswinkeln in Bezug auf die Drehachse der Nockenwelle aufweist. Vorzugsweise ist dabei die Rampenfläche zumindest abschnittsweise räumlich gekrümmt und vorzugsweise durch eine Rotationsfläche gebildet. In einer Variante ist die Rampenfläche durch eine Kegelfläche gebildet. Die Rampenfläche ist somit bevorzugt durch eine Fläche gebildet, welche durch Rotation einer Linie, beispielsweise einer Geraden, um eine

Achse erzeugt wird.

Günstigerweise ist die Gegenrampenfläche des Nockenelements zumindest abschnittsweise räumlich gekrümmt. In Varianten ist die Gegenrampenfläche durch eine Rotationsfläche, insbesondere eine Kegelfläche, gebildet. Vorzugsweise weist die Gegenrampenfläche des Nockenelements zumindest zwei Abschnitte mit unterschiedlichen Neigungswinkeln in Bezug auf die Drehachse der Nockenwelle auf.

In einer Ausführungsvariante der Erfindung ist vorgesehen, dass die Rampenfläche und/oder die Gegenrampenfläche zumindest abschnittsweise unter einem Neigungswinkel zwischen etwa 30° und 60° zur Drehachse der Nockenwelle geneigt ist/sind. Dadurch ist es möglich, dass bei unvollkommener Verstellung das Nockenelement die Schubstange wieder in die Ruhestellung zurückschiebt und das Nockenelement wieder die eingeschwenkte erste Stellung einnimmt. Eine Selbsthemmung zwischen der Rampenfläche und der Gegenrampenfläche kann

dabei weitgehend vermieden werden.

In einer weiteren Ausführungsvariante der Erfindung weist das Nockenelement eine mit der Anschlagfläche der Schubstange zusammenwirkende Gegenanschlagfläche auf, welche vorzugsweise zylindrisch ausgebildet ist. Vorzugsweise ist die Gegenanschlagfläche - in Bezug auf die Drehachse der Nockenwelle - axial benachbart zur Gegenrampenfläche angeordnet. Es ist von Vorteil, wenn im Nockenelement die Gegenrampenfläche als Anfasung um die Gegenanschlagfläche

ausgebildet ist.

In der ersten Stellung des Nockenelementes liegt die Gegenrampenfläche des Nockenelementes auf der Rampenfläche der Schubstange an. In der zweiten Stellung des Nockenelementes liegt die Gegenanschlagfläche des Nockenelementes

an der Anschlagfläche der Schubstange auf.

Besonders vorteilhaft ist es, wenn das Nockenelement durch ein Rückstellelement, das vorzugsweise durch eine Torsionsfeder gebildet ist, in Richtung der ersten Stellung vorgespannt ist. Das Nockenelement wird somit durch das Rückstellelement in seine eingeklappte erste Stellung gedrückt. Durch axiales Verschieben der Schubstange wird das Nockenelement entgegen der Rückstellkraft des Rückstellelementes mittels der Rampenfläche der Schubstange in die ausgeklappte zweite Stellung gedrückt.

Gemäß einer Ausführungsvariante der Erfindung ist vorgesehen, dass zumindest ein fest mit der Nockenwelle verbundenes Begrenzungselement vorgesehen ist, wobei das Nockenelement eine mit dem Begrenzungselement korrespondierende Begrenzungsfläche aufweist, wobei die Begrenzungsfläche des Nockenelementes bei einer maximalen Ausschwenklage des Nockenelementes am Begrenzungselement anliegt. Das Begrenzungselement ist beispielsweise als Begrenzungsstift ausgeführt. Das Begrenzungselement begrenzt die Auslenkbewegung des Nockenelementes nach außen. Dadurch können frühzeitige Verschleißerscheinungen

und Schäden vermieden werden.

Um eine möglichst weite Verstellung der Hubkurve des Gaswechselventils zu ermöglichen, ist es besonders vorteilhaft, wenn das Nockenelement in der zweiten Stellung die Kontur zumindest eines Basisnockens, vorzugsweise zweier axial an das Nockenelement beidseitig anschließender Basisnocken - in Richtung der Drehachse der Nockenwelle betrachtet - vollständig überdeckt. Dadurch ist es möglich, mit einem einfachen Aufbau völlig verschiedene Hubkurven zu realisieren, während die Lösungen aus dem Stand der Technik überwiegend nur das teilweise

Ändern bestehender Hubkurven erlauben.

Dier Erfindung wird im Folgenden an Hand des in den Figuren dargestellten, nicht

einschränkenden Ausführungsbeispiels näher erläutert.

Darin zeigen:

Fig. 1 eine erfindungsgemäße variable Ventiltriebvorrichtung in einer

axonometrischen Darstellung,

Fig. 2 die Ventiltriebvorrichtung in einer Explosionsdarstellung,

Fig. 3 ein Nockenelement der Ventiltriebvorrichtung in einer axonometrischen

Darstellung,

Fig. 4 die Ventiltriebvorrichtung in einer ersten Stellung des Nockenelementes in

einer geschnittenen Darstellung und

Fig. 5 die Ventiltriebvorrichtung in einer zweiten Stellung des Nockenelementes in

einer geschnittenen Darstellung.

Fig. 1 zeigt eine variable Ventiltriebvorrichtung 1 zur Betätigung zumindest eines nicht weiter dargestellten - Gaswechselventiles einer Brennkraftmaschine. Die Ventilbetätigungseinrichtung 1 weist eine um eine Drehachse 2a drehbar gelagerte Nockenwelle 2 mit zumindest einem über eine Verstellvorrichtung 20 verstellbaren Nockenelement 3 auf. Das Nockenelement 3 ist zwischen einer eingeklappten ersten Stellung A (Fig. 4) und einer ausgeklappten zweiten Stellung B (Fig. 5) schwenkbar um eine Schwenkachse 3a gelagert. Diese Schwenkachse 3a ist parallel zur Drehachse 2a der Nockenwelle 2 ausgerichtet und in einem ersten Abstand a zu dieser auf der Nockenwelle 2 angeordnet. Mit anderen Worten ist das Nockenelement 3 schwenkbar in der Nockenwelle 2 gelagert, wobei die Schwenkachse 3a des Nockenelements 3 parallel zur und in einem ersten Abstand a von der Drehachse 2a der Nockenwelle 2 verläuft.

Das verstellbare Nockenelement 3 ist in Richtung der Drehachse 2a der Nockenwelle 2 benachbart zu zwei Basisnocken 4a, 4b eines Nockenkörpers 4 angeordnet. Der Nockenkörper 4 weist dabei eine Aufnahme 5 aus, in der das Nockenelement 3 überwiegend aufgenommen ist und in welche das Nockenelement

3 eingeschwenkt werden kann.

Mit Bezugszeichen 21 ist ein Nockenfolgeelement, beispielsweise ein Kipphebel bezeichnet, welcher über eine Rolle 22 am Basisnocken 4a, 4b oder am Nockenelement 3 anliegt und entsprechend der Nockenkontur des Basisnockens 4a, 4b oder des Nockenelements 3 ausgelenkt wird. Das Nockenfolgeelement 21 wirkt auf zumindest ein nicht dargestelltes Gaswechselventil der Brennkraftmaschine ein

und steuert dessen Hub.

Die Verstellvorrichtung 20 weist zumindest eine innerhalb der Nockenwelle 2

verschiebbar angeordnete Schubstange 6 mit im Wesentlichen zylindrischer Form

auf, wobei die Schubstange 6 zwischen einer ersten Schubstellung A1 und einer zweiten Schubstellung B1 axial - also parallel zur Drehachse 2a der Nockenwelle 2

- verschoben werden kann. Die erste Schubstellung A1 korrespondiert dabei mit der ersten Stellung A des Nockenelementes 3. Die zweite Schubstellung B1 korrespondiert mit der zweiten Stellung B des Nockenelementes 3. Die Schubstange 6 ist im Ausführungsbeispiel zylindrisch ausgebildet, es ist aber auch eine prismatische oder andere Form möglich. Die Schubstange 6 ist achsgleich zur Nockenwelle 2 angeordnet - die Längsachse 6a der Schubstange 6 fällt also mit der Drehachse 2a der Nockenwelle 2 zusammen.

Die Schubstange 6 weist eine parallel zur Drehachse 2a der Nockenwelle 2 ausgebildete Anschlagfläche 7 für das Nockenelement 3 auf. Die Anschlagfläche 7 ist durch die zylindrische Mantelfläche der Schubstange 6 gebildet und dient als Anschlag für das Nockenelement 3 in der ausgeklappten zweiten Stellung. Durch die Anschlagfläche 7 wird also ein Zurückschwenken des ausgeschwenkten

Nockenelementes 3 von der zweiten Stellung B in die erste Stellung A verhindert

Weiters weist die Schubstange 6 eine geneigt zur Drehachse 2a der Nockenwelle 2 ausgebildete Rampenfläche 8 auf. Die Rampenfläche 8 dient dazu, um die axiale Bewegung der Schubstange 6 in eine radiale Ausschwenkbewegung des Nockenelements 3 zu transferieren und das Nockenelement 3 von der ersten

Stellung A in die zweite Stellung B zu bewegen.

Die Rampenfläche 8 ist auf einer ersten Stirnseite 9 der Schubstange 6 angeordnet. Die Verschiebung der Schubstange 6 erfolgt über einen mit Bezugszeichen 11 in Fig. 1, 4 und 5 angedeuteten Aktuator - z.B. hydraulisch, pneumatisch, elektrisch, elektromagnetisch oder anders aktuierbar -, welcher beispielsweise an einer der ersten Stirnseite 9 abgewandten zweiten Stirnseite 10 der Schubstange angreift.

Im Ausführungsbeispiel erstreckt sich die Rampenfläche 8 über die gesamte Stirnfläche der ersten Stirnseite 9 der Schubstange 6.

Die Rampenfläche 8 ist im Ausführungsbeispiel räumlich gekrümmt und beispielsweise durch eine Rotationsfläche - etwa eine Kegelfläche - gebildet. Die Rampenfläche 8 kann zumindest zwei Bereiche 8a, 8b mit unterschiedlichen Neigungen in Bezug zur Längsachse 6a der Schubstange 6 bzw. Drehachse 2a der

Nockenwelle 2 aufweisen. Vorzugsweise ist dabei zwischen den zwei Bereichen 8a,

8b unterschiedlicher Neigung ein stetiger Übergang ausgeführt. Der Neigungswinkel ß zwischen der Rampenfläche 8 (bzw. zumindest einem der zwei Bereiche 8a, 8b) und der Drehachse 2a der Nockenwelle 2 (eingezeichnet in Fig. 5 als Winkel zwischen der Drehachse 2a und einer der Rampenfläche 8 folgenden strichpunktierten Linie) beträgt beispielsweise zwischen etwa 30° und 60°. Die Rampenfläche 8 ist günstigerweise symmetrisch zu einer die Längsachse 6a der Schubstange 6 beinhaltenden Längsebene 6b der Schubstange 6 ausgebildet.

Wie insbesondere aus Fig. 3 hervorgeht, weist das Nockenelement 3 eine Gegenanschlagfläche 12 auf, welche in der zweiten Stellung B des Nockenelementes 3 auf der Anschlagfläche 7 der Schubstange 6 aufliegt. Die Gegenanschlagfläche 12 ist beispielsweise - analog zur Anschlagfläche 7 der Schubstange 6 - zylindrisch geformt.

Das Nockenelement 3 weist eine Gegenrampenfläche 13 auf, auf welche die Rampenfläche 8 der Schubstange 6 bei der Verstellung von der ersten Stellung A in die zweite Stellung B einwirkt. Die Gegenrampenfläche 13 ist entsprechend der Rampenfläche 8 geneigt, wobei die Form der Gegenrampenfläche 13 mit der Form der Rampenfläche 8 korrespondiert. Die Gegenrampenfläche 13 kann - wie die Rampenfläche 8 - zumindest zwei Abschnitte 13a, 13b mit unterschiedlichen Neigungen aufweisen, zwischen denen vorzugsweise ein stetiger Übergang ausgeführt ist. Der Neigungswinkel v der Gegenrampenfläche 13 zur Drehachse 2a der Nockenwelle 2 (eingezeichnet in Fig. 5 als Winkel zwischen der Drehachse 2a und einer der Gegenrampenfläche 13 folgenden strichpunktierten Linie) beträgt ebenfalls zwischen 30° und 60°. Im Ausführungsbeispiel ist die Gegenrampenfläche 13 axial benachbart zur Gegenanschlagfläche 12 und konzentrisch zur Gegenanschlagfläche 12 angeordnet. Im Ausführungsbeispiel ist die Gegenrampenfläche 13 als etwa konische Anfasung im axialen Anschluss an die zylindrische Gegenanschlagfläche 12 ausgebildet. Die Kegelfläche der Gegenrampenfläche 13 und die Zylinderfläche der Gegenanschlagfläche 12 weisen also die gleiche Achse 12a auf. Die räumlichen Konturen der Rampenfläche 8 und der Gegenrampenfläche 13 haben den Vorteil, dass die Berührung zwischen Rampenfläche 8 und Gegenrampenfläche 13 bei Auslenkung des Nockenelements 3 über eine Kontaktfläche und nicht nur - wie bei einer ebenen Rampenfläche - über zwei Kontaktpunkte, oder Kontaktlinien - oder gar nur einen Kontaktpunkt erfolgt.

Die Neigungen der Rampenfläche 8 und der korrespondierenden Gegenrampenfläche 13 bewirken, dass diese beim Verschieben der Schubstange 6 von der ersten Schubstellung A1 in die zweite Schubstellung B1 ruckfrei und ohne Verhaken aufeinander gleiten. Daher sind vorzugsweise zumindest diejenigen Bereiche der Rampenfläche 8 und der Gegenrampenfläche 13, die bei bestimmungsgemäßer Verwendung der Ventilvorrichtung 1 zusammenwirken, mit

korrespondierenden Neigungen ausgeführt.

Ein Verklemmen oder Verspannen der sich berührenden Teile wird somit vermieden. Zusammen mit dem erwähnten Neigungswinkeln ßB, y der Rampenfläche 8 und der Gegenrampenfläche 13 wird außerdem bewirkt, dass Fehlschaltungen und ungewünschte Zwischenstellungen des Nockenelementes 3 zwischen der ersten Stellung A und der zweiten Stellung B vermieden werden. Ist die Bewegung der Schubstange 6 von der ersten Schubstellung A1 in die zweite Schubstellung B1 unvollkommen oder wird dazwischen abgebrochen, so kann die Schubstange 6 über die Rampenfläche 8 und die Gegenrampenfläche 13 durch das Nockenelement 3 wieder zurück in die erste Schubstellung A1 bewegt werden. Voraussetzung ist, dass die Neigungswinkeln ß, v der Rampenfläche 8 und der Gegenrampenfläche 13 in Bezug zur Drehachse 2a der Nockenwelle 2 groß genug ausgeführt sind, um eine

Selbsthemmung zu vermeiden.

Das Nockenelement 3 weist eine Hubfläche 14 auf, welche im Ausführungsbeispiel etwa symmetrisch zu einer Nockenelementlängsebene 3b ausgebildet ist, die durch die Achse 12a der Zylinderfläche der Gegenanschlagfläche 12 bzw. der Kegelfläche der Gegenrampenfläche 13 verläuft. Die Schwenkachse 3a des Nockenelements 3 befindet sich auf einer Seite der Nockenelementlängsebene 3b im Bereich der Hubfläche 14, insbesondere in einem Bereich zwischen der Hubfläche 14 und der

Gegenrampenfläche 13.

In einem zweiten Abstand b zur Schwenkachse 3a weist das Nockenelement 3 an zumindest einer Seitenflanke 3c, 3d - bevorzugt jeweils an beiden Seitenflanken eine nutartige Ausnehmung 15 mit einer Begrenzungsfläche 16 auf. Die Breite d der nutartigen Ausnehmung 15 ist dabei mindestens so groß wie der Durchmesser D eines durch einen Begrenzungsstift gebildeten Begrenzungselementes 17, welches fest mit der Nockenwelle 2 verbunden ist. Der Begrenzungsstift ist in eine Bohrung

18 der Nockenwelle 2 parallel zur Drehachse 2a der Nockenwelle 2 eingesetzt.

Durch das Begrenzungselement 17 wird die Ausschwenkbewegung des Nockenelementes 3 begrenzt, sodass Schäden und ungewünschte Geräuschentwicklung vermieden werden. Auch eine umgekehrte Ausführung, bei der also die nutartige Ausnehmung in der Nockenwelle 2 und das Begrenzungselement im Nockenelement 3 ausgeführt sind, ist möglich.

Das Nockenelement 3 ist durch ein durch eine Torsionsfeder gebildetes Rückstellelement 19 in Richtung der ersten Stellung A vorgespannt (siehe Fig. 2). Fig. 4 zeigt das Nockenelement 3 in der durch das Rückstellelement 19 bewirkten eingeschwenkten ersten Stellung A, wobei sich die Schubstange 6 in der ersten

Schubstellung A1 befindet, welche der Ruhestellung entspricht.

Wird die Schubstange 6 durch den Aktuator 11 von der ersten Schubstellung A1 in die zweite Schubstellung B1 bewegt, so wird durch die Rampenfläche 8 und die Gegenrampenfläche 13 das Nockenelement 3 in die in Fig. 5 dargestellte zweite Stellung B ausgeschwenkt. In der zweiten Stellung B findet - in Richtung der Drehachse 2a der Nockenwelle 2 betrachtet - eine vollständige Überdeckung der Kontur der Basisnocken 4a, 4b durch die Kontur des Nockenelementes 3 statt.

Sobald die Schubstange 3 wieder von der in Fig. 5 gezeigten zweiten Schubstellung B1 in die in Fig. 4 dargestellte erste Schubstellung A1 zurückgezogen wird, wird das Nockenelement 3 durch das Rückstellelement 19 wieder in die erste Stellung A

zurückgeschwenkt.

Die erfindungsgemäße Lösung erlaubt damit die Realisierung von unterschiedlichen

Ventilhebekurven auf einfache und verschleiß- und fehlerarme Weise.

Claims

(neue) PATENTANSPRÜCHE

Variable Ventiltriebvorrichtung (1) zur Betätigung zumindest eines Gaswechselventiles einer Brennkraftmaschine, mit einer um eine Drehachse (2a) drehbar gelagerten Nockenwelle (2) mit zumindest einem über eine Verstellvorrichtung (20) verstellbaren Nockenelement (3), wobei das Nockenelement (3) zwischen zumindest einer eingeklappten ersten Stellung (A) und einer ausgeklappten zweiten Stellung (B) schwenkbar um eine Schwenkachse (3a) gelagert ist, welche parallel zur Drehachse (2a) verlaufend und in einem ersten Abstand (a) zu dieser auf der Nockenwelle (2) angeordnet ist, und wobei das verstellbare Nockenelement (3) benachbart in Richtung der Drehachse (2a) der Nockenwelle (2) benachbart zu zumindest einem starr mit der Nockenwelle (2) verbundenen Basisnocken (4a, 4b) angeordnet ist, wobei die Verstellvorrichtung (20) zumindest eine innerhalb der Nockenwelle (2) zwischen zumindest einer ersten Schubstellung (A1) und einer zweiten Schubstellung (B1) verschiebbar angeordnete Schubstange (6) aufweist, wobei die Schubstange (6) zumindest eine vorzugsweise parallel zur Drehachse (2a) der Nockenwelle (2) ausgebildete Anschlagfläche (7) für das Nockenelement (3) und zumindest eine zumindest teilweise geneigt zur Drehachse (2a) der Nockenwelle (2) ausgebildete Rampenfläche (8) aufweist, dadurch gekennzeichnet, dass das Nockenelement (3) eine mit der Rampenfläche (8) der Schubstange (6) zusammenwirkende Gegenrampenfläche (13) aufweist, welche zumindest teilweise geneigt zur Drehachse (2a) der Nockenwelle (2) ausgebildet ist, wobei die Rampenfläche (8) auf einer Stirnseite (9) der Schubstange (6) angeordnet ist.

Ventiltriebvorrichtung (1) nach Anspruch 1, dadurch gekennzeichnet, dass das Nockenelement (3) mit der Schubstange (6) in zumindest einer Schubstellung (A1, B1) direkt kontaktierbar ist, sodass die Schubstange (6)

unmittelbar auf das Nockenelement (3) einwirkt.

Ventiltriebvorrichtung (1) nach Anspruch 1 oder 2, dadurch gekennzeichnet, dass die Rampenfläche (8) sich über die gesamte Stirnfläche der Stirnseite (9) erstreckt.

11.

2

Ventiltriebvorrichtung (1) nach einem der Ansprüche 1 bis 3, dadurch gekennzeichnet, dass die Rampenfläche (8) zumindest zwei Bereiche (8a, 8b) mit unterschiedlichen Neigungswinkeln (ß) in Bezug auf die Drehachse

(2a) der Nockenwelle (2) aufweist.

Ventiltriebvorrichtung (1) nach einem der Ansprüche 1 bis 4, dadurch gekennzeichnet, dass die Rampenfläche (8) zumindest abschnittsweise räumlich gekrümmt ist und vorzugsweise durch eine Rotationsfläche gebildet

ist.

Ventiltriebvorrichtung (1) nach Anspruch 5, dadurch gekennzeichnet, dass

die Rampenfläche (8) durch eine Kegelfläche gebildet ist.

Ventiltriebvorrichtung (1) nach einem der Ansprüche 1 bis 6, dadurch gekennzeichnet, dass die Gegenrampenfläche (13) des Nockenelements (3)

zumindest abschnittsweise räumlich gekrümmt ist.

Ventiltriebvorrichtung (1) nach einem der Ansprüche 1 bis 7, dadurch gekennzeichnet, dass die Gegenrampenfläche (13) des Nockenelements (3) zumindest zwei Abschnitte (13a, 13b) mit unterschiedlichen Neigungswinkeln

(y) in Bezug auf die Drehachse (2a) der Nockenwelle (2) aufweist.

Ventiltriebvorrichtung (1) nach einem der Ansprüche 1 bis 8, dadurch gekennzeichnet, dass die Rampenfläche (8) und/oder die Gegenrampenfläche (13) zumindest abschnittsweise unter einem Neigungswinkel (ß, v) zwischen etwa 30° und 60° zur Drehachse (2a) der

Nockenwelle (2) geneigt ist/sind.

Ventiltriebvorrichtung (1) nach einem der Ansprüche 1 bis 9, dadurch gekennzeichnet, dass das Nockenelement (3) eine mit der Anschlagfläche (7) der Schubstange (6) zusammenwirkende Gegenanschlagfläche (12)

aufweist, welche vorzugsweise zylindrisch ausgebildet ist.

Ventiltriebvorrichtung (1) nach Anspruch 10, dadurch gekennzeichnet, dass die Gegenanschlagfläche (12) - in Bezug auf die Drehachse (2a) der Nockenwelle (2) - axial benachbart zur Gegenrampenfläche (13) angeordnet ist.

12. Ventiltriebvorrichtung (1) nach Anspruch 10 oder 11, dadurch gekennzeichnet, dass die Gegenrampenfläche (13) als Anfasung um die Gegenanschlagfläche (12) ausgebildet ist.

13. Ventiltriebvorrichtung (1) nach einem der Ansprüche 1 bis 12, dadurch gekennzeichnet, dass das Nockenelement (3) durch ein Rückstellelement (19), das vorzugsweise durch eine Torsionsfeder gebildet ist, in Richtung der ersten Stellung (A) vorgespannt ist.

14. Ventiltriebvorrichtung (!) nach einem der Ansprüche 1 bis 13, dadurch gekennzeichnet, dass zumindest ein fest mit der Nockenwelle (2) verbundenes Begrenzungselement (17) vorgesehen ist, wobei das Nockenelement (3) eine mit dem Begrenzungselement (17) korrespondierende Begrenzungsfläche (16) aufweist, wobei die Begrenzungsfläche (16) des Nockenelementes (3) bei einer maximalen Ausschwenklage des Nockenelementes (3) am Begrenzungselement (17) anliegt.

15. Ventiltriebvorrichtung (1) nach Anspruch 14, dadurch gekennzeichnet, dass das Begrenzungselement (17) als Begrenzungsstift ausgeführt ist.

16. Ventiltriebvorrichtung (1) nach einem der Ansprüche 1 bis 15, dadurch gekennzeichnet, dass das Nockenelement (3) in der zweiten Stellung (B) die Kontur zumindest eines Basisnockens (4a, 4b), vorzugsweise zweier axial an das Nockenelement (3) beidseitig anschließender Basisnocken (4a, 4b) - in Richtung der Drehachse (2a) der Nockenwelle (2) betrachtet - vollständig überdeckt.

02.03.2020 FÜ