DE102006012385B3

DE102006012385B3 - Ventiltriebsanordnung für eine Brennkraftmaschine

Info

Publication number: DE102006012385B3
Application number: DE102006012385A
Authority: DE
Inventors: Jörg Wutzler
Original assignee: IAV GmbH Ingenieurgesellschaft Auto und Verkehr
Current assignee: IAV GmbH Ingenieurgesellschaft Auto und Verkehr
Priority date: 2006-03-15
Filing date: 2006-03-15
Publication date: 2007-10-11
Anticipated expiration: 2026-03-16
Also published as: EP2018466A1; US20090114176A1; WO2007104286A8; KR20080104226A; WO2007104286A1

Abstract

Die Erfindung betrifft eine Ventiltriebsanordnung für Brennkraftmaschinen, mit mindestens zwei auf einer Nockenwelle angeordneten, mit unterschiedlichen Profilen versehenen Nocken, die wahlweise mindestens ein Gaswechselventil betätigen und bei dem ein Nocken drehfest mit der Nockenwelle verbunden und der andere Nocken drehbar auf der Nockenwelle gelagert ist und über einen steuerbaren Verriegelungskolben formschlüssig mit dem drehfest auf der Nockenwelle angeordneten Nocken verbindbar ist. Der Erfindung liegt die Aufgabe zugrunde, eine Ventiltriebsanordnung für eine Brennkraftmaschine der gattungsgemäßen Art zu schaffen, mit der ein sicheres Verbinden eines Festnockens mit einem drehbar auf der Nockenwelle gelagerten Nocken erfolgt und mit der Fehlfunktionen vermieden werden. Erfindungsgemäß ist im Bereich des Grundkreises des drehbar auf der Nockenwelle gelagerten Nockens eine nutförmige Führung angeordnet, mit der ein in einer Sacklochbohrung des Grundkreises des drehfest mit der Nockenwelle verbundenen Nockens gelagerter und gesteuert verschiebbarer Vorverriegelungskolben in und außer Eingriff bringbar ist. Die nutförmige Führung, in der der Vorverriegelungskolben einrasten kann, erstreckt sich im Grundkreis des drehbar gelagerten Nockens um ca. 180°.

Description

Die Erfindung betrifft eine Ventiltriebsanordnung für Brennkraftmaschinen mit den im Oberbegriff des Patentanspruches 1 genannten Merkmalen.
Aus der DE 42 28 796 A1 ist ein variabler Ventiltrieb für Brennkraftmaschinen vorbekannt, bei dem zur Verstellung des Ventilhubs und/oder der Ventilsteuerzeiten das Gaswechselventil mit unterschiedlichen Nockenkonturen betrieben wird. Dabei ist auf der Nockenwelle ein Nocken drehbar und der andere Nocken fest auf der Nockenwelle angeordnet. Im Volllastbereich der Brennkraftmaschine steuert eine elektronische Steuerung über ein Sperrventil Drucköl in eine Hydraulikkammer des feststehenden Nockens und verschiebt dabei entsprechende Kolben, wodurch der Festnocken mit dem auf der Nockenwelle drehbar gelagerten Nocken formschlüssig durch Einrasten des Kolbens in eine im Nockenbereich des drehbar gelagerten Nockens angeordnete Bohrung gekoppelt wird. Der formschlüssig angekoppelte Nocken betätigt mit relativ großem Hub über einen Stößel die jeweiligen Gaswechselventile. Im Teillastbereich bei abgeschaltetem Öldruck erfolgt eine Trennung der beiden miteinander gekoppelten Nocken. Der Festnocken mit kleinem Hub betätigt den Stößel, während der auf der Nockenwelle drehbar gelagerte Nocken entkoppelt ist und die Nockenwelle frei in diesem Nocken rotiert. Damit beim Koppeln der beiden Nocken der verschiebbare Kolben in die entsprechende Bohrung in dem drehbaren Nocken einrasten kann, ist vor der Bohrung im Nockenbereich eine Einlauframpe angeordnet.
Nachteilig bei dieser Lösung ist der geringe Einrastbereichs des Verriegelungskolbens in der Bohrung des drehbar gelagerten Nockens beim formschlüssigen Verbinden der beiden Nocken. Fehlfunktionen, insbesondere bei in ihrer Drehrichtung wechselnden Momenten, können dabei nicht ausgeschlossen werden.
Der Erfindung liegt die Aufgabe zugrunde, eine Ventiltriebsanordnung für eine Brennkraftmaschine der gattungsgemäßen Art zu schaffen, mit der ein sicheres Verbinden eines Festnockens mit einem drehbar auf der Nockenwelle gelagerten Nocken erfolgt und mit der Fehlfunktionen vermieden werden.
Diese Aufgabe wird erfindungsgemäß durch die kennzeichnenden Merkmale des Patentanspruches 1 gelöst.
Bei einem Ventiltrieb für eine Brennkraftmaschine mit mindestens zwei auf einer Nockenwelle angeordneten, mit unterschiedlichen Profilen versehenen Nocken, die wahlweise mindestens ein Gaswechselventil betätigen und bei dem ein Nocken drehfest mit der Nockenwelle verbunden und der andere Nocken drehbar auf der Nockenwelle gelagert ist und über einen steuerbaren Verriegelungskolben formschlüssig mit dem drehfest auf der Nockenwelle angeordneten Nocken verbindbar ist, ist erfindungsgemäß im Bereich des Grundkreises des drehbar auf der Nockenwelle gelagerten Nockens eine nutförmige Führung angeordnet, mit der ein in einer Sacklochbohrung des Grundkreises des drehfest mit der Nockenwelle verbundenen Nockens gelagerter und gesteuert verschiebbarer Vorverriegelungskolben in und außer Eingriff bringbar ist. Die nutförmige Führung, in der der Vorverriegelungskolben einrasten kann, erstreckt sich im Grundkreis des drehbar gelagerten Nockens um ca. 180°.
Der Vorteil der erfindungsgemäßen Lösung besteht darin, dass beim Verriegelungsprozess der beiden Nocken miteinander ein Bereich von ca. 180° zur Verfügung steht, in der ein Vorverriegelungskolben problemlos einspuren kann. Fehlschaltungen sind dadurch weitestgehend ausgeschlossen. Nach dem Einspuren des Vorverriegelungskolbens wird der drehbare Nocken durch den Vorverriegelungskolben mitgenommen, so dass aufgrund der gleichen Geschwindigkeit der beiden Nocken der Hauptverriegelungskolben problemlos in die entsprechende Bohrung in dem drehbar gelagerten Nocken einrasten kann und die Drehmomentübertragung bei in ihrer Richtung wechselnden Verläufen sicherstellt.
Anhand von Zeichnungen wird die Erfindung nachfolgend an Ausführungsbeispielen näher beschrieben. In den dazugehörigen Zeichnungen zeigen:
1: eine schematische Darstellung des erfindungsgemäßen Ventiltriebes im Schnitt mit verriegeltem Nocken,
2: einen Schnitt A-A gemäß 1,
3: den Hauptverriegelungskolben als Einzelheit x-x gemäß 1, aber in entriegelter Stellung und
4: den Vorverriegelungskolben um 90° versetzt dargestellt als Einzelheit y-y gemäß 1, aber in entriegelter Stellung.
In 1 ist ein Längsschnitt des erfindungsgemäßen Ventiltriebes dargestellt, bei dem auf einer Nockenwelle 1 nebeneinander ein feststehender Nocken 2 und ein auf der Nockenwelle 1 drehbar gelagerter Nocken 3 angeordnet sind. Beide Nocken 2 und 3 weisen einen gleichen Grundkreisdurchmesser 14 und 15 auf. Der drehbar gelagerte Nocken 3 weist gegenüber dem Nocken 2 eine größere Profilhöhe für einen maximalen Ventilhub bei einem Volllastbetrieb der Verbrennungskraftmaschine auf. Der Nocken 2 ist für einen geringen Hub oder für einen Nullhub für den Teillastbetrieb der Brennkraftmaschine ausgelegt.
Bei einem vom Nocken 2 entriegelten Nocken 3 wirkt nur der Nocken 2 auf einen nicht dargestellten Rollenschlepphebel oder Stößel, der ein oder mehrere Gaswechselventile eines Zylinders der Brennkraftmaschine betätigt. Bei diesem Zustand rotiert die Nockenwelle 1 frei in dem Nocken 3. Bei verriegeltem Nocken wirkt nur der Nocken 3 auf einen nicht dargestellten Rollenschlepphebel oder Stößel, der ein oder mehrere Gaswechselventile eines Zylinders der Brennkraftmaschine betätigt. Aufgrund der geringeren Profilhöhe des Nockens 2 kommt er im gekoppelten Zustand nicht zum Eingriff mit dem Rollenschlepphebel oder Stößel.
Erfindungsgemäß erfolgt die Verriegelung des auf der Nockenwelle 1 fest angeordneten Nockens 2 mit dem drehbar auf der Nockenwelle 1 gelagerten Nocken 3 mittels eines Vorverriegelungskolbens 16 und eines Hauptverriegelungskolbens 6. Über dem Vorverriegelungskolben 16 und dem Hauptverriegelungskolben 6 kann der Nocken 3 mit dem Nocken 2 gekoppelt und entkoppelt werden.
Der in 4 in entriegelter Stellung dargestellte Vorverriegelungskolben 16 ist verschiebbar in einer Sacklochbohrung 17, die im Bereich des Grundkreises 14 des Nockens 2 vorzugsweise in dessen Randbereich und somit ca. 90° gegenüber dem Hauptverriegelungskolben 6 angeordnet ist, gelagert. Im Bereich des Grundkreises 15 des drehbar auf der Nockenwelle 1 gelagerten Nockens 3 ist eine nutförmige Führung 8 angeordnet, mit der der gesteuert verschiebbare Vorverriegelungskolben 16 in und außer Eingriff bringbar ist. Die nutförmige Führung 8 erstreckt sich um ca. 180° im Bereich des Grundkreises 15 des Nockens 3.
Die Verschiebung des Vorverriegelungskolbens 16 in Richtung der nutförmigen Führung 8 erfolgt regelbar durch Öldruck von dem Druckumlauf-Schmierölsystem der Brennkraftmaschine. Dazu mündet in die Sacklochbohrung 17 ein Zuführungskanal 22, der mit einer in Längsrichtung der Nockenwelle 1 verlaufenden Bohrung 12 verbunden ist. Über einen von der Bohrung 12 abzweigenden, radialen Kanal ist somit die Sacklochbohrung 17 mit einem in einem Lager 5 der Nockenwelle 1 angeordneten Steuerkanal 11b verbunden. Die Druckölzufuhr zu den Steuerkanälen 11a und 11b erfolgt über nicht dargestellte regelbare Sperrventile. Dabei dient der zu- und abschaltbare Steuerkanal 11a zum Entriegeln des Nockens 3 und der zu- und abschaltbare Steuerkanal 11b zum Verriegeln des Nockens 3. An dem Boden des Vorverriegelungskolbens 16 ist eine Feder 18 angeordnet, die entgegen des zum Verschieben des Vorverriegelungskolbens 16 in Richtung der nutförmigen Führung 8 wirkenden Öldrucks wirkt.
Der in 3 in entriegelter Stellung dargestellte Hauptverriegelungskolben 6 ist in einer im Bereich des Nockens 2 angeordneten Sacklochbohrung 20 verschiebbar gelagert. Die gesteuerte Verschiebung des Hauptverriegelungskolbens 6 in Richtung des Nockens 3 erfolgt durch eine zwischen dem Boden des Hauptverriegelungskolbens 6 und dem Boden der Sacklochbohrung 20 angeordnete Feder 7 und ebenfalls durch den regelbaren Öldruck von dem Druckumlauf-Schmierölsystem der Brennkraftmaschine. Dazu ist die Sacklochbohrung 20 im Bereich des Nockens 2 über einen radialen Kanal 21, eine in der Nockenwelle 1 angeordnete, axiale Bohrung 12 und einen weiteren in der Nockenwelle 1 angeordneten, radialen Kanal mit einem im Lager 5 angeordneten Steuerkanal 11b verbunden.
Im Bereich des Nockens 3 ist in Richtung Nocken 2 weisend eine Sacklochbohrung 13 angeordnet, in der verschiebbar ein Dichtkolben 19 angeordnet ist. Die Sacklochbohrung 13 ist über eine in der Nockenwelle 1 angeordnete, radiale Bohrung 10 dem in der Nockenwelle 1 angeordneten, axialen Kanal 4 und einer weiteren in der Nockenwelle 1 angeordneten, radialen Bohrung 9 mit einem Steuerkanal 11a der steuerbaren Druckölversorgung verbunden.
Die Wirkungsweise des erfindungsgemäßen Ventiltriebs für Brennkraftmaschinen ist folgende:
Beim Volllastbetrieb steht der mit dem größeren Nockenprofil versehene Nocken 3 über beispielsweise einen Schlepphebel mit dem Gaswechselventil in Eingriff. Dabei ist der drehbar auf der Nockenwelle 1 gelagerte Nocken 3 mit dem drehfest auf der Nockenwelle 1 angeordneten Nocken 2 formschlüssig verbunden, so wie in 1 dargestellt. An dem Boden des Vorverriegelungskolbens 16 liegt über den Zuführungskanal 22 ein entsprechender Öldruck an, der den Vorverriegelungskolben 16 in die nutförmige Führung 8 des Nockens 3 verschoben hat. Bei einer verriegelten Stellung des Nockens 3 mit dem Nocken 2 liegt der Vorverriegelungskolben 16 an der in Drehrichtung der Nockenwelle 1 gesehenen äußeren Begrenzung der Führung 8 an. Der Hauptverriegelungskolben 6 wird aufgrund des auf den Hauptverriegelungskolben 6 einwirkenden Öldrucks teilweise in die Sacklochbohrung 13 des Nockens 3 verschoben, so dass über den Hauptverriegelungskolben 6 ein formschlüssiger Kontakt zwischen dem Nocken 3 und dem Nocken 2 besteht.
Bei einem Teillastbetrieb der Brennkraftmaschine, mit einem geringen Ventilhub oder einem Nullhub, erfolgt eine Trennung der Verbindung zwischen dem Nocken 3 und dem Nocken 2. Dabei wird durch eine regelbare Steuereinrichtung der auf den Vorverriegelungskolben 16 und auf den Hauptverriegelungskolben 6 über den radialen Kanal 21 wirkende Öldruck abgeschaltet, so dass diese drucklos sind. Durch die Feder 18 wird der Vorverriegelungskolben 16 in die Sacklochbohrung 17 zurückgezogen. Gleichzeitig wird die Sacklochbohrung 13 über die radiale Bohrung 10 mit Drucköl beaufschlagt. Der Öldruck verschiebt den Dichtkolben 19 und somit den Hauptverriegelungskolben 6, bis dieser sich vollständig in der Sacklochbohrung 20 des Nockens 2 befindet. Der Nocken 3 ist somit entriegelt und der Nocken 3 wird nicht mehr indirekt von der Nockenwelle 1 angetrieben.
Wird die Brennkraftmaschine wieder im Volllastbetrieb betrieben, erfolgt in Abhängigkeit von den motorspezifischen Parametern wieder eine Kopplung des Nockens 3 mit dem Nocken 2. Über einen Steuerkanal 11b und den Zuführungskanal 22 wird der Sacklochbohrung 17 und über den radialen Kanal 21 der Sacklochbohrung 20 Drucköl zugeführt. Der Vorverriegelungskolben 16 wird durch den Öldruck in Rich tung Nocken 3 verschoben und kann in die nutförmige Führung 8 einspuren. Dadurch, dass sich die Führung 8 um ca. 180° im Bereich des Grundkreises 15 erstreckt, erfolgt ein sicheres Einspuren des Vorverriegelungskolbens 16 beim Verriegelungsvorgang. Nach dem Einspuren des Vorverriegelungskolbens 16 in die Führung 8 wird der Nocken 3 von dem Vorverriegelungskolben 16 mitgenommen. Durch die Kraft der Feder 7 und den am Hauptverriegelungskolben 6 anliegenden Öldruck wird der Hauptverriegelungskolben 6 bei einer axialen Fluchtung der Sacklochbohrung 20 und der Sacklochbohrung 13 teilweise in die Sacklochbohrung 13 verschoben. Der Verriegelungsprozess ist damit beendet und der Nocken 3 ist auf das Gaswechselventil wirksam.

1: Nockenwelle
2: Nocken
3: Nocken
4: Kanal
5: Lager
6: Hauptverriegelungskolben
7: Feder
8: Führung
9: radiale Bohrung
10: radiale Bohrung
11a: Steuerkanal, zu- und abschaltbar, zum Entriegeln des Nockens 3
11b: Steuerkanal, zu- und abschaltbar, zum Verriegeln des Nockens 3
12: Bohrung
13: Sacklochbohrung
14: Grundkreis des Nockens 2
15: Grundkreis des Nockens 3
16: Vorverriegelungskolben
17: Sacklochbohrung
18: Feder
19: Dichtkolben
20: Sacklochbohrung
21: radialer Kanal
22: Zuführungskanal

Claims

Ventiltriebsanordnung für eine Brennkraftmaschine, mit mindestens zwei auf einer Nockenwelle angeordneten, mit unterschiedlichen Profilen versehenen Nocken, die wahlweise mindestens ein Gaswechselventil betätigen und bei dem ein Nocken drehfest mit der Nockenwelle verbunden und der andere Nocken drehbar auf der Nockenwelle gelagert ist und über einen steuerbaren Verriegelungskolben formschlüssig mit dem drehfest auf der Nockenwelle angeordneten Nocken verbindbar ist, gekennzeichnet dadurch, dass im Bereich des Grundkreises (15) des drehbar auf der Nockenwelle (1) gelagerten Nockens (3) eine nutförmige Führung (8) angeordnet ist, mit der ein in einer Sacklochbohrung (17) des Grundkreises (14) des drehfest mit der Nockenwelle (1) verbundenen Nockens (2) gelagerter und gesteuert verschiebbarer Vorverriegelungskolben (16) in und außer Eingriff bringbar ist.
Ventiltriebsanordnung nach Anspruch 1, dadurch gekennzeichnet, dass sich die nutförmige Führung (8) um ca. 180° im Bereich des Grundkreises (15) des Nockens (3) erstreckt.
Ventiltriebsanordnung nach Anspruch 1 und 2, dadurch gekennzeichnet, dass zum Verschieben des Vorverriegelungskolbens (16) in Richtung der nutförmigen Führung (8) die Sacklochbohrung (17) mit einer steuerbaren Druckölversorgung verbunden ist.
Ventiltriebsanordnung nach Anspruch 1 bis 3, dadurch gekennzeichnet, dass an dem Boden des Vorverriegelungskolbens (16) eine Feder (18) angeordnet ist, die entgegen des zum Verschieben des Vorverriegelungskolbens (16) in Richtung der nutförmigen Führung (8) wirkenden Öldrucks wirkt und beim Abschalten des Öldrucks zum Verschieben des Vorverriegelungskolbens (16) in Richtung der nutförmigen Führung (8) den Vorverriegelungskolben (16) in Richtung des Bodens der Sacklochbohrung (17) verschiebt und die Verbindung des Nockens (3) mit dem Nocken (2) durch den Vorverriegelungskolben (16) entriegelt wird.
Ventiltriebsanordnung nach Anspruch 1 bis 6, dadurch gekennzeichnet, dass im Bereich des Nockens (2) eine Sacklochbohrung (20) angeordnet ist, in der steuerbar ein verschiebbarer Hauptverriegelungskolben (6) gelagert ist, der mit einer im Bereich des Nockens (3) angeordneten Sacklochbohrung (13) in und außer Eingriff bringbar ist.
Ventiltriebsanordnung nach Anspruch 1 bis 5, dadurch gekennzeichnet, dass zum Verschieben des Hauptverriegelungskolbens (6) die Sacklochbohrung (20) im Nocken (2) und die Sacklochbohrung (13) im Nocken (3) mit einer steuerbaren Druckölversorgung verbunden ist.
Ventiltriebsanordnung nach Anspruch 1 bis 6, dadurch gekennzeichnet, dass zwischen dem Boden des Hauptverriegelungskolbens (6) und dem Boden der Sacklochbohrung (20) im Nocken (2) eine Feder (7) angeordnet ist.
Ventiltriebsanordnung nach Anspruch 1 bis 7, dadurch gekennzeichnet, dass in der Sacklochbohrung (13) ein Dichtkolben (19) angeordnet ist.