DE102007002802B4

DE102007002802B4 - Verfahren zum Umstellen eines Ventiltriebs einer Brennkraftmaschine zwischen einem Zweitakt- und einem Viertaktbetrieb und Ventiltrieb

Info

Publication number: DE102007002802B4
Application number: DE102007002802A
Authority: DE
Inventors: Bodo Odendall
Original assignee: Audi AG
Current assignee: Audi AG
Priority date: 2007-01-18
Filing date: 2007-01-18
Publication date: 2009-04-09
Anticipated expiration: 2027-01-19
Also published as: DE102007002802A1

Abstract

Verfahren zum Umstellen eines Ventiltriebs einer Brennkraftmaschine zwischen einem Zweitakt- und einem Viertaktbetrieb der Brennkraftmaschine mit mindestens einer drehbar gelagerten Nockenwelle und mit mindestens einer, mehrere unterschiedliche Nockenprofile aufweisenden Nockenprofilgruppe, dadurch gekennzeichnet, dass mindestens ein drehfest und axial verschiebbar auf der Nockenwelle geführter Nockenträger, der die mindestens eine Nockenprofilgruppe aufweist, zur Nockenprofilauswahl zwischen mindestens einer dem Zweitaktbetrieb zugeordneten axialen Stellung und mindestens einer anderen, dem Viertaktbetrieb zugeordneten axialen Stellung verschoben wird.

Description

Die Erfindung betrifft ein Verfahren zum Umstellen eines Ventiltriebs einer Brennkraftmaschine zwischen einem Zweitakt- und einem Viertaktbetrieb der Brennkraftmaschine mit mindestens einer drehbar gelagerten Nockenwelle und mit mindestens einer, mehrere unterschiedliche Nockenprofile aufweisenden Nockenprofilgruppe.
Weiterhin betrifft die Erfindung einen Ventiltrieb einer Brennkraftmaschine mit mindestens einer drehbar gelagerten Nockenwelle, mindestens einer, mehrere unterschiedliche Nockenprofile aufweisenden Nockenprofilgruppe und einer die Nockenprofile auswählenden Umstellvorrichtung für ein Umstellen zwischen einem Zweitakt- und einem Viertaktbetrieb der Brennkraftmaschine.
Verfahren zum Umstellen eines Ventiltriebs zwischen einem Zweitakt- und einem Viertaktbetrieb der Brennkraftmaschine sind bekannt. Im Zweitaktbetrieb betriebene Brenn kraftmaschinen haben aufgrund ihrer höheren Zündfolge prinzipbedingt gegenüber dem Viertaktbetrieb den Vorteile einer höheren spezifische Leistung. Auf der anderen Seite hat der Viertaktbetrieb aufgrund der Vermeidung von Spülverlusten beim Ladungswechsel deutliche Vorteile hinsichtlich des Kraftstoffverbrauchs und der Verminderung von Schadstoffemissionen. Eine zwischen dem Zweitakt- und dem Viertaktbetrieb umschaltbare Brennkraftmaschine kombiniert die Vorteile des Viertaktbetriebs im Teillastbereich mit dem Vorteil des Zweitaktbetriebs im Volllastbereich der Brennkraftmaschine. Die DE 43 22 212 A1 weist eine nockengesteuerte Ventilbetätigung einer Brennkraftmaschine mit einer Umschaltmöglichkeit zwischen einem Zweitakt- und einem Viertaktbetrieb auf, bei dem einem jeden Gaswechselventil eine Nockenprofilgruppe der Nockenwelle mit zwei jeweils einen Nocken aufweisenden Nockenprofilen zugeordnet ist, wobei die Nocken um 180 Winkelgrad versetzt angeordnet sind. Zwischen dem ersten Nockenprofil und dem Gaswechselventil ist ein erstes Übertragungselement angeordnet, an das ein zweites, zwischen dem zweiten Nockenprofil und dem Gaswechselventil angeordnetes Übertragungselement ankoppelbar ist. Wird die Brennkraftmaschine im Viertaktbetrieb betrieben, so wird das Gaswechselventil nur über das erste Nockenprofil und das erste Übertragungselement gesteuert. Im Zweitaktbetrieb wird das Gaswechselventil über das erste und das zweite Übertragungselement durch die Überlagerung der beiden Nocken Profile gesteuert. Die Kopplung der beiden Übertragungselemente erfolgt über einen Querstift zwischen den Übertragungselementen. Bei einer derartigen Kopplung von zwei Übertragungselementen wird die Präzision der Nockensteuerung im Zweitaktbetrieb durch das Koppelelement beschränkt.
Der Erfindung liegt die Aufgabe zugrunde, ein Verfahren anzugeben, das ein schnelles Umstellen zwischen einem Zweitakt- und einem Viertaktbetrieb ermöglicht und auch bei hoher Drehzahl und Zweitaktbetrieb eine präzise Nockensteuerung gewährleistet. Das erfindungsgemäße Verfahren sieht dazu vor, dass mindestens ein drehfest und axial verschiebbar auf der Nockenwelle geführter Nockenträger, der die mindestens eine Nockenprofilgruppe aufweist, zur Nockenprofilauswahl zwischen mindestens einer dem Zweitaktbetrieb zugeordneten axialen Stellung und mindestens einer anderen, dem Viertaktbetrieb zugeordneten axialen Stellung verschoben wird. Auf dem mindestens einen Nockenträger ist jeweils mindestens eine Nockenprofilgruppe vorgesehen, die verschiedene Nockenprofile aufweist. Durch axiales Verschieben des Nockenträgers auf der Nockenwelle zwischen den axialen Stellungen wird jeweils eines der Nockenprofile jeder Nockenprofilgruppe zur Steuerung eines zugeordneten Gaswechselventils der Brennkraftmaschine ausgewählt. Das axiale Verschieben des Nockenträgers auf der Nockenwelle zur Nockenprofilauswahl erfolgt mittels einer Umstellvorrichtung, die mindestens eine Einrichtung zum axialen Verschieben des mindestens einen Nockenträgers aufweist.
Nach einer Weiterbildung der Erfindung ist vorgesehen, dass in der einen Stellung des Nockenträgers ein dem Zweitaktbetrieb zugeordnetes Nockenprofil und in der anderen Stellung des Nockenträgers ein dem Viertaktbetrieb zugeordnetes Nockenprofil der Nockenprofilgruppe mit einem zugeordneten Schlepphebel der Brennkraftmaschine in Anlagekontakt gebracht wird. Jeder der Schlepphebel steuert ein Gaswechselventil der Brennkraftmaschine an. Weiterhin ist vorgesehen, dass die Einrichtung zum axialen Verschieben des mindestens einen Nockenträgers mindestens ein Stellorgan mit mindestens einem Eingriffselement aufweist, wobei sich das Eingriffselement mit einer Kurvenkulisse in Eingriff bringen lässt.
Der erfindungsgemäße Ventiltrieb besitzt mindestens einen drehfest und axial verschiebbar auf der Nockenwelle geführten Nockenträger, der die mindestens eine Nockenprofilgruppe aufweist, wobei die Umstellvorrichtung zur Nockenprofilauswahl mindestens eine Einrichtung zum axialen Verschieben des mindestens einen Nockenträgers zwischen mindestens einer dem Zweitaktbetrieb zugeordneten axialen Stellung und mindestens einer anderen, dem Viertaktbetrieb zugeordneten axialen Stellung aufweist. Ein solches Verschieben kann schnell erfolgen. Zur drehfesten und axial verschiebbaren Führung des Nockenträgers auf der Nockenwelle sind diese vorzugsweise durch eine axial verlaufende Verzahnung miteinander verbunden, wobei die Nockenwelle eine Außenverzahnung und der Nockenträger eine Innenverzahnung aufweisen.
Mit Vorteil ist vorgesehen, dass in der einen Stellung des Nockenträgers ein dem Zweitaktbetrieb zugeordnetes Nockenprofil und in der anderen Stellung des Nockenträgers ein dem Viertaktbetrieb zugeordnetes Nockenprofil der mindestens einen Nockenprofilgruppe mit einem zugeordneten Schlepphebel der Brennkraftmaschine in Anlagekontakt ist. Durch die axiale Verschiebung des Nockenträgers auf der Nockenwelle kann eines der Nockenprofile jeder Nockenprofilgruppe ihre zugeordneten Schlepphebel des Ventiltriebs eines der Gaswechselventile der Brennkraftmaschine in Anlagekontakt gebracht werden. Ein solches Umstellen gewährleistet aufgrund der separaten Nockenprofile für den Zweitakt- und den Viertaktbetrieb eine präzise Ventilsteuerung der Gaswechselventile. Insbesondere ist vorgesehen, dass das dem Zweitaktbetrieb zugeordnete Nockenprofil der Nockenprofilgruppe ein Nockenprofil mit zwei Nocken und dass das dem Viertaktbetrieb zugeordnete Nockenprofil der Nockenprofilgruppe ein Nockenprofil mit nur einer Nocke ist. Durch diese Ausbildung der Nockenprofile ergibt sich im Zweitaktbetrieb gegenüber dem Viertaktbetrieb eine Verdoppelung der Arbeitstakte.
Weiterhin ist mit Vorteil vorgesehen, dass die Einrichtung zum axialen Verschieben des mindestens einen Nockenträgers mindestens ein Stellorgan mit mindestens einem Eingriffselement aufweist, wobei sich das Eingriffselement mit einer Kurvenkulisse in Eingriff bringen lässt. Dabei ist mit Vorteil vorgesehen, dass das Stellorgan zusammen mit dem Eingriffselement in einem Gehäuseteil der Brennkraftmaschine angeordnet ist und die Kurvenkulisse auf dem Nockenträger ausgebildet/angeordnet ist. Das axiale Verschieben des Nockenträgers auf der Nockenwelle erfolgt bevorzugt mit Hilfe von zwei Stellorganen in Form von Aktuatoren, die axial versetzt in dem Gehäuse (zum Beispiel dem Zylinderkopfgehäuse) der Brennkraftmaschine angeordnet sind und jeweils ein Eingriffselement in Form eines Mitnehmerstifts aufweisen. Durch Betätigung von jeweils einem der Stellorgane lässt sich dessen Mitnehmerstift mit einer Kurvenkulisse auf dem Nockenträger in Eingriff bringen. Die Kurvenkulisse weist bei dem einen der beiden Stellorgane eine linksdrehende schraubenförmige Nut und bei dem anderen der beiden Stellorgane eine rechtsdrehende schraubenförmige Nut auf, sodass der Nockenträger zur Nockenprofilauswahl zwischen den Verschiebestellungen nach rechts beziehungsweise links verschoben wird, wenn das eine oder andere Stellorgan betätigt wird.
Alternativ ist mit Vorteil vorgesehen, dass das Stellorgan zusammen mit dem Eingriffselement auf dem Nockenträger angeordnet ist und die Kurvenkulisse in einem in einem Gehäuseteil der Brennkraftmaschine angeordneten Kulissenelement ausgebildet/angeordnet ist. Das Kulissenelement lässt sich mit Hilfe des zugehörigen Stellorgans quer zur Nockenwelle bewegen, um das Eingriffselement mit der Kurvenkulisse in Eingriff zu bringen und dadurch den Nockenträger zu verschieben. Dabei ist das Eingriffselement vorzugsweise ein nach außen über den Nockenträger überstehendes, feststehendes Eingriffselement und das Kulissenelement vorzugsweise seitlich von der Nockenwelle im Gehäuse angeordnet, wobei es sich mit Hilfe des Stellorgans quer zur Nockenwelle bewegen lässt, um das Eingriffselement mit der Kurvenkulisse in Eingriff zu bringen.
Im Folgenden wird die Erfindung anhand eines in der Zeichnung dargestellten Ausführungsbeispiels näher erläutert. Es zeigt die
Figur eine perspektivische Darstellung des erfindungsgemäßen Ventiltriebs.
Bei dem in der Zeichnung nur teilweise dargestellten Ventiltrieb für eine Mehrzahl von Gaswechselventilen 1, 2 von Zylindern einer Brennkraftmaschine mit einer oben liegenden, in einem Zylinderkopfgehäuse der Brennkraftmaschine drehbar gelagerten Nockenwelle 3 lässt sich die Ventilsteuerung der beiden gezeigten, von der Nockenwelle 3 betätigten Gaswechselventile der Brennkraftmaschine mittels einer Umstellvorrichtung zwischen einem Zweitakt- und einem Viertaktbetrieb umstellen. Dazu weist der Ventiltrieb für die zwei Gaswechselventile 1, 2 einen drehfest und axial verschiebbar auf der Nockenwelle 3 montierten Nockenträger 4 auf. Der Nockenträger 4 besitzt zwei im axialem Abstand voneinander angeordnete Nockenprofilgruppen 5, 6, wobei jede Nockenprofilgruppe 5, 6 mit einem schwenkbar gelagerten Schlepphebel 7 eines der Gaswechselventile 1, 2 zusammenwirkt. Dazu weist jeder der Schlepphebel 7 eine Rolle 8 auf, die in Anlagekontakt mit einem der Nockenprofile 13, 14 je einer Nockenprofilgruppe 5, 6 steht. Über die Rollen 8 und die Schlepphebel (Rollenschlepphebel) 7 wird je ein Ventilglied 9 betätigt, das sich zum Öffnen des jeweiligen Gaswechselventils 1, 2 entgegen der Kraft einer nicht dargestellten Ventilfeder nach unten drücken lässt. Der Ventiltrieb umfasst darüber hinaus für jedes der Gaswechselventile 1, 2 ein hydraulisches Ventilspielausgleichselement 10. Der Nockenträger 4 ist jeweils zwischen zwei Gaswechselventilen 1, 2 mittels Wälz- oder Gleitlagern 11 in zylinderkopffesten Lagerböcken 12 gelagert, von denen nur eine Hälfte dargestellt ist.
Jede der Nockenprofilgruppen 5, 6 eines Nockenträgers 4 weist zwei unterschiedliche Nockenkonturen beziehungsweise Nockenprofile 13, 14 auf, die sich durch axiale Verschiebung des Nockenträgers 4 auf der Nockenwelle 3 wahlweise in zwei verschiedenen Stellungen mit der Rolle 8 des jeweiligen Schlepphebels 7 der zugehörigen Gaswechselventile 1, 2 in Anlagekontakt bringen lassen. Von den beiden Nockenprofilen 13, 14 ist das jeweils rechts dargestellte Nockenprofil 14 ein dem Viertaktbetrieb zugeordnetes Nockenprofil 14 mit einem Nocken und das jeweils links dargestellte Nockenprofil 13 ein dem Zweitaktbetrieb zugeordnetes Nockenprofil 13, das zwei Nocken aufweist. Neben der unterschiedlichen Anzahl von Nocken der Nockenprofile 13, 14 sind die Nocken der Nockenprofile 13 und der Nocken der Nockenprofile 14 gegeneinander phasenverschoben, sodass sich für den Zweitakt- und den Viertaktbetrieb verschobene Öffnungszeiten der Gaswechselventile 1, 2 bei gleicher Nockenwellenstellung ergeben. Das Umstellen des Ventiltriebs zwischen Zweitakt- und Viertaktbetrieb erfolgt durch axiales Verschieben des Nockenträgers 4 auf der Nockenwelle 3 entlang einer Drehachse 15 der Nockenwelle 3. Der hohlzylindrische Nockenträger 4 weist an seinem inneren Umfang eine Innenlängsverzahnung 16 auf, die mit einer komplementären Außenverzahnung 17 der Nockenwelle 3 kämmt, um die axiale Verschiebung des Nockenträgers 4 bei drehfester Führung auf der Nockenwelle 3 zu ermöglichen.
Um die axiale Verschiebung des Nockenträgers 4 vorzunehmen, ist dieser an seinen entgegengesetzten Enden 18, 19 mit jeweils einer Kurvenkulisse 20 versehen. Mit Hilfe von zwei als Aktoren ausgebildeten Stellorganen 21, 22 erfolgt die axiale Verschiebung des Nockenträgers 4 auf der Nockenwelle 3. Die jeweils einer Kurvenkulisse 20 der Enden 18, 19 zugeordneten Stellorgane 21, 22 einer Einrichtung 23 zum axialen Verschieben des mindestens einen Nockenträgers 4 sind axial versetzt in einem Gehäuseteil (Zylinderkopfgehäuse) der Brennkraftmaschine angeordnet und weisen jeweils ein Eingriffselement 24 auf. Die Umstellvorrichtung betätigt jeweils eines der Stellorgane 21, 22 der Einrichtung 23, sodass das entsprechende Eingriffselement 24 mit der jeweiligen Kurvenkulisse 20 auf den Enden 18, 19 des Nockenträgers 4 in Eingriff gebracht wird. Die Kurvenkulisse 20 weist auf dem einen Ende 18 eine rechtsdrehende schraubenförmige Nut 25 und bei dem anderen Ende 19 eine linksdrehende schraubenförmige Nut 26 auf, sodass der Nockenträger 4 zwischen den beiden Verschiebestellungen nach rechts beziehungsweise links verschoben wird, wenn das eine Stellorgan 21 oder das andere Stellorgan 22 betätigt wird.

1: Gaswechselventil
2: Gaswechselventil
3: Nockenwelle
4: Nockenträger
5: Nockenprofilgruppe
6: Nockenprofilgruppe
7: Schlepphebel
8: Rolle
9: Ventilglied
10: Ventilspielausgleichselement
11: Gleitlager
12: Lagerbock
13: Nockenprofil
14: Nockenprofil
15: Drehachse
16: Innenlängsverzahnung
17: Außenverzahnung
18: Ende
19: Ende
20: Kurvenkulisse
21: Stellorgan
22: Stellorgan
23: Einrichtung
24: Eingriffselement
25: Nut
26: Nut

Claims

Verfahren zum Umstellen eines Ventiltriebs einer Brennkraftmaschine zwischen einem Zweitakt- und einem Viertaktbetrieb der Brennkraftmaschine mit mindestens einer drehbar gelagerten Nockenwelle und mit mindestens einer, mehrere unterschiedliche Nockenprofile aufweisenden Nockenprofilgruppe, dadurch gekennzeichnet, dass mindestens ein drehfest und axial verschiebbar auf der Nockenwelle geführter Nockenträger, der die mindestens eine Nockenprofilgruppe aufweist, zur Nockenprofilauswahl zwischen mindestens einer dem Zweitaktbetrieb zugeordneten axialen Stellung und mindestens einer anderen, dem Viertaktbetrieb zugeordneten axialen Stellung verschoben wird.
Verfahren nach Anspruch 1, dadurch gekennzeichnet, dass in der einen Stellung des Nockenträgers ein dem Zweitaktbetrieb zugeordnetes Nockenprofil und in der anderen Stellung des Nockenträgers ein dem Viertaktbetrieb zugeordnetes Nockenprofil mit einem zugeordneten Schlepphebel der Brennkraftmaschine in Anlagekontakt gebracht wird.
Ventiltrieb einer Brennkraftmaschine mit mindestens einer drehbar gelagerten Nockenwelle, mindestens einer, mehrere unterschiedliche Nockenprofile aufweisenden Nockenprofilgruppe und einer die Nockenprofile auswählenden Umstellvorrichtung für ein Umstellen zwischen einem Zweitakt- und einem Viertaktbetrieb der Brennkraftmaschine, gekennzeichnet durch mindestens einen drehfest und axial verschiebbar auf der Nockenwelle (3) geführten Nockenträger (4), der die mindestens eine Nockenprofilgruppe (5, 6) aufweist, wobei die Umstellvorrichtung zur Nockenprofilauswahl mindestens eine Einrichtung (23) zum axialen Verschieben des mindestens einen Nockenträgers (4) zwischen mindestens einer dem Zweitaktbetrieb zugeordneten axialen Stellung und mindestens einer anderen, dem Viertaktbetrieb zugeordneten axialen Stellung aufweist.
Ventiltrieb nach Anspruch 3, dadurch gekennzeichnet, dass in der einen Stellung des Nockenträgers (4) ein dem Zweitaktbetrieb zugeordnetes Nockenprofil (13) und in der anderen Stellung des Nockenträgers (4) ein dem Viertaktbetrieb zugeordnetes Nockenprofil (14) der mindestens einen Nockenprofilgruppe (5, 6) mit einem zugeordneten Schlepphebel (7) der Brennkraftmaschine in Anlagekontakt ist.
Ventiltrieb nach einem der vorhergehenden Ansprüche, dadurch gekennzeichnet, dass das dem Zweitaktbetrieb zugeordnete Nockenprofil (13) der Nockenprofilgruppe (5, 6) ein Nockenprofil mit zwei Nocken und dass das dem Viertaktbetrieb zugeordnete Nockenprofil (14) der Nockenprofilgruppe (5, 6) ein Nockenprofil mit nur einer Nocke ist.
Ventiltrieb nach einem der vorhergehenden Ansprüche, dadurch gekennzeichnet, dass die Einrichtung (23) zum axialen Verschieben des mindestens einen Nockenträgers (4) mindestens ein Stellorgan (21, 22) mit mindestens einem Eingriffselement (24) aufweist, wobei sich das Eingriffselement (24) mit einer Kurvenkulisse (20) in Eingriff bringen lässt.
Ventiltrieb nach einem der vorhergehenden Ansprüche, dadurch gekennzeichnet, dass das Stellorgan (21, 22) zusammen mit dem Eingriffselement (24) in einem Gehäuseteil der Brennkraftmaschine angeordnet ist und die Kurvenkulisse (20) auf dem Nockenträger (4) ausgebildet/angeordnet ist.
Ventiltrieb nach einem der Ansprüche 3 bis 7, dadurch gekennzeichnet, dass das Stellorgan (21, 22) zusammen mit dem Eingriffselement (24) auf dem Nockenträger (4) angeordnet ist und die Kurvenkulisse (20) in einem in einem Gehäuseteil der Brennkraftmaschine angeordneten Kulissenelement ausgebildet/angeordnet ist.