DE102007010149A1

DE102007010149A1 - Ventiltrieb für Gaswechselventile einer Brennkraftmaschine mit verschiebbarem Nockenträger und Doppelschneckentrieb

Info

Publication number: DE102007010149A1
Application number: DE102007010149A
Authority: DE
Inventors: Dirk Schöneberg; Jörg Wutzler; Holger Voges; Gero Bromme
Original assignee: Audi AG
Current assignee: Audi AG
Priority date: 2007-03-02
Filing date: 2007-03-02
Publication date: 2008-09-04
Also published as: CN101605967B; CN101605967A; JP5404427B2; WO2008107111A1; ATE517234T1; EP2132418B1; JP2010520395A; EP2132418A1; US8365692B2; US20100269769A1

Abstract

Die Erfindung betrifft einen Ventiltrieb (1) für Gaswechselventile einer Brennkraftmaschine mit mindestens einer Nockenwelle (2), die in einem Gehäuse der Brennkraftmaschine drehbar gelagert ist, mindestens einem drehfest und axial verschiebbar auf der Nockenwelle (2) geführten Nockenträger (3, 4), sowie Einrichtungen (19, 20, 21, 22, 23, 24) zum axialen Verschieben des mindestens einen Nockenträgers (3, 4) auf der Nockenwelle (2) in entgegengesetzten Richtungen, umfassend mindestens zwei Eingriffselemente (22, 23, 24), die sich mit einer rechtsgängigen bzw. linksgängigen Nut (19, 20) in Eingriff bringen lassen. Um eine Verkleinerung des axialen Bauraums und der Anzahl der zu montierenden Teile zu ermöglichen, wird erfindungsgemäß vorgeschlagen, dass die rechtsgängige Nut (19) und die linksgängige Nut (20) unmittelbar nebeneinander angeordnet sind und ineinander übergehen bzw. sich vereinigen.

Description

Die Erfindung betrifft einen Ventiltrieb für Gaswechselventile einer Brennkraftmaschine gemäß dem Oberbegriff des Anspruchs 1.
Zur Verbesserung der thermodynamischen Eigenschaften von Brennkraftmaschinen sind Ventiltriebe bekannt, bei denen das Arbeitsspiel beeinflusst werden kann, um beispielsweise eine drehzahlabhängige Veränderung der Öffnungszeiten oder des Hubs der Gaswechselventile zu ermöglichen.
Aus der EP 1 608 849 B1 ist bereits ein Ventiltrieb der eingangs genannten Art bekannt. Bei dem bekannten Ventiltrieb umfassen die Einrichtungen zum axialen Verschieben des Nockenträgers zwei Schneckentriebe mit spiegelbildlichen Kurvenbahnen, die an den entgegengesetzten Stirnenden des Nockenträgers angeordnet sind und eine rechtsdrehende bzw. eine linksdrehende schraubenförmige Nut umfassen, sowie mit zwei im axialen Abstand im Zylinderkopfgehäuse der Brennkraftmaschine montierten Stellorganen, die jeweils ein als Mitnehmerstift ausgebildetes Eingriffselement umfassen, das sich durch Aktivierung des Stellorgans mit der Nut der benachbarten Kurvenbahn in Eingriff bringen lässt, um den Nockenträger nach rechts bzw. links zu verschieben.
Zur Verbesserung der Möglichkeiten zur Beeinflussung des Arbeitsspiels des Ventiltriebs wäre es wünschenswert, die Nocken- oder Nockenprofilgruppen des Nockenträgers um einen weiteren Nocken oder ein weiteres Nockenprofil mit einer anderen Kontur zu erweitern. Dies macht es jedoch erforderlich, den Nockenträger zwischen drei verschiedenen Verschiebestellungen hin und her zu bewegen. Eine Vergrößerung der Anzahl der Stellorgane oder Aktuatoren im Zylinderkopf bzw. eine Verbreiterung eines mit den Kurvenbahnen versehenen Abschnitts des Nockenträgers ist jedoch nicht nur wegen des dazu benötigten größeren axialen Bauraums sondern auch wegen des höheren Montageaufwands unerwünscht.
Ausgehend hiervon liegt der Erfindung die Aufgabe zugrunde, einen Ventiltrieb der eingangs genannten Art dahingehend zu verbessern, dass sich der für die Stellorgane bzw. die Kurvenbahnen benötigte axiale Bauraum und die Anzahl der zu montierenden Teile verkleinern lässt.
Diese Aufgabe wird erfindungsgemäß dadurch gelöst, dass die rechtsgängige Nut und die linksgängige Nut unmittelbar nebeneinander angeordnet sind und ineinander übergehen bzw. sich vereinigen.
Die Begriffe rechtsgängige und linksgängige Nut im Rahmen der vorliegenden Erfindung beziehen sich auf den Drehsinn der Nut zwischen ihrem Einlauf, an dem ein Eingriffselement mit der Nut in Eingriff gebracht wird, und ihrem Auslauf, an dem das Eingriffselement wieder aus der Nut ausgerückt wird. Die Steigung der Nut erstreckt sich in der Regel über einen Drehwinkel der Nockenwelle von etwa 180 Grad, entsprechend einem Grundkreisabschnitt der Nocken und/oder Nockenprofile auf dem Nockenträger, während sich die Nuten insgesamt auch über einen größeren Drehwinkel erstrecken und neben einem Abschnitt mit Steigung einen oder mehrere in Umfangsrichtung des Nockenträgers verlaufende Abschnitte umfassen können.
Durch die erfindungsgemäße Merkmalskombination kann der hinter der Vereinigung liegende Teil der beiden Nuten in beiden Verschieberichtungen des Nockenträgers für den Eingriff eines Eingriffselements genutzt werden, wodurch sich die Gesamtbreite und damit der erforderliche axiale Bauraum der Kurvenbahnen verkleinern lässt. Außerdem können die getrennten Stellorgane gemäß einer bevorzugten Ausgestaltung der Erfindung zu einem einzigen Stellorgan mit mehreren Eingriffselementen zusammengefasst werden, dessen Platzbedarf ebenfalls kleiner als der Platzbedarf von getrennten Stellorganen ist.
Im folgenden wird die Erfindung anhand eines in der Zeichnung dargestellten Ausführungsbeispiels näher erläutert. Es zeigen:
1: eine Draufsicht von oben auf Teile eines Ventiltriebs für eine Mehrzahl von Einlassventilen von Zylindern einer Brennkraftmaschine mit zwei auf einer Nockenwelle verschiebbaren Nockenträgern;
2: eine Stirnseitenansicht des Ventiltriebs in Richtung der Pfeile II-II in 1;
3: eine Längsschnittansicht des Ventiltriebs entlang der Linie III-III der 2;
4: eine perspektivische Ansicht eines Abschnitts von einem der Nockenträger mit einem Teil eines Schneckentriebs;
5a bis c: schematische Seitenansichten des Schneckentriebs zur Erläuterung von dessen Funktionsweise.
Mit dem in der Zeichnung nur teilweise dargestellten Ventiltrieb 1 für vier Einlassventile (nicht dargestellt) von Zylindern einer Brennkraftmaschine mit einer obenliegenden, in einem Zylinderkopfgehäuse der Brennkraftmaschine drehbar gelagerten Nockenwelle 2 lassen sich der Hub und die Öffnungszeiten der beiden von der Nockenwelle 2 betätigten Einlassventile jedes Zylinders verstellen.
Wie am besten in 1 und 3 dargestellt, umfasst der Ventiltrieb 1 dazu für jedes Paar von Einlassventilen einen drehfest und axial verschiebbar auf der Nockenwelle 2 montierten Nockenträger 3 bzw. 4, wobei jeder Nockenträger 3, 4 zwei im axialen Abstand voneinander angeordnete Nockengruppen 5, 6 aufweist. Jede der beiden Nockengruppen 5, 6 wirkt mit einer Rolle 7 eines schwenkbar gelagerten Rollenschlepphebels 8 von einem der Ventile zusammen. Über die Rolle 7 wird ein in 2 in unterbrochenen Linien dargestelltes, am unteren Ende mit einem Ventilteller 9 versehenes Ventilglied 10 betätigt, das sich zum öffnen des jeweiligen Ventils entgegen der Kraft einer Ventilfeder 11 im Zylinderkopf nach unten drücken lässt. Der Ventiltrieb 1 umfasst darüber hinaus für jedes der Ventile ein ebenfalls in 2 in unterbrochenen Linien dargestelltes hydraulisches Ventilspielausgleichselement 12.
Jede der beiden Nockengruppen 5, 6 jedes Nockenträgers 3, 4 weist drei Nocken 13, 14, 15 auf, die unterschiedliche Nockenkonturen oder Nockenprofile besitzen und sich durch axiale Verschiebung des zugehörigen Nockenträgers 3, 4 auf der Nockenwelle 2 wahlweise mit der Rolle 7 des Schlepphebels 8 des zugehörigen Ventils in Anlagekontakt bringen lassen. Das Maß der axialen Verschiebung des Nockenträgers 3, 4 zwischen zwei benachbarten Verschiebestellungen entspricht dem Mittenabstand benachbarter Nocken 13, 14 bzw. 14, 15 oder Nockenprofile.
Um die Nockenträger 3, 4 drehfest und axial verschiebbar mit der Nockenwelle 2 zu verbinden, weisen die hohlzylindrischen Nockenträger 3, 4 an ihrem inneren Umfang eine Längsverzahnung auf, die mit einer komplementären Außenverzahnung auf der Nockenwelle 2 kämmt, wie in 2 bei 16 dargestellt.
Die axiale Verschiebung der beiden Nockenträger 3, 4 auf der Nockenwelle 2 erfolgt jeweils mit Hilfe eines Schneckentriebs 17 und wird immer dann vorgenommen, wenn ein durchgängiger Grundkreisabschnitt 18 der Nockengruppen 5, 6 während eines Drehwinkels der Nockenwelle 2 von etwa 180 Grad den Rollen 7 der Schlepphebel 8 gegenüberliegt.
Jeder der Schneckentriebe 17 umfasst eine rechtsgängige Nut 19 und eine linksgängige Nut 20, die nebeneinander am rechten Stirnende des zugehörigen Nockenträgers 3 bzw. 4 angeordnet sind und ineinander übergehen bzw. sich miteinander vereinigen, sowie ein ortsfest im Zylinderkopfgehäuse montiertes Stellorgan 21 mit drei Eingriffselementen 22, 23, 24, die sich getrennt voneinander durch entsprechende Aktivierung des Stellorgans 21 aus einer in 1 und 5 dargestellten eingefahrenen Stellung ausfahren und mit einer der beiden Nuten 19, 20 in Eingriff bringen lassen, um den Nockenträger 3, 4 schrittweise jeweils um den Mittenabstand zweier benachbarter Nocken 13, 14 bzw. 14, 15 nach links oder nach rechts zu verschieben, wie nachfolgend ausführlicher erläutert wird.
Wie am besten in 4 dargestellt, sind die beiden Nuten 19, 20 in der zylindrischen Umfangsfläche 26 eines zur Drehachse 25 der Nockenwelle 2 koaxialen Abschnitts 27 des Nockenträgers 3, 4 an einem von dessen Stirnenden ausgespart, wobei sie zu einer radialen Mittelebene des Abschnitts 27 symmetrisch sind. Jede der beiden Nuten 19, 20 weist einen Einlauf 28 auf, von dem aus die Nuten 19, 20 allmählich tiefer werden und sich zuerst mit gleichbleibender Nutbreite aufeinander zu erstrecken. Die Einläufe 28 der beiden Nuten 19, 20 befinden sich jeweils in der Nähe der entgegengesetzten Stirnenden des Abschnitts 27 und sind jeweils unter demselben Drehwinkel zur Drehachse 25 ausgerichtet, wobei ihre Ausrichtung mit dem Ende des Grundkreisabschnitts 18 der Nocken- oder Nockenprofilgruppen 5, 6 zusammenfällt. Vom Einlauf 28 aus erstrecken sich die beiden Nuten 19, 20 etwa über einen Umfangswinkel von etwa 270 Grad getrennt voneinander, wobei sie zuerst über einen Umfangswinkel von etwa 180 Grad in Umfangsrichtung verlaufen, während sich einer der Nocken 13, 14, 15 über die Rolle 7 des zugehörigen Schlepphebels 8 bewegt. Während sich der Grundkreisabschnitt 18 der Nocken- oder Nockenprofilgruppen 5, 6 über die Rolle 7 bewegt, laufen die Nuten 19, 20 dann mit umgekehrtem Drehsinn aufeinander zu, wobei der Abstand ihrer beiden Mittelachsen allmählich abnimmt und eine zwischen den Nuten 19, 20 angeordnete Trennwand 29 allmählich schmaler wird, bis die zueinander benachbarten inneren Begrenzungswände 30, 31 der Nuten 19, 20 an der Stelle 32 zusammentreffen, an der sich die Nuten 19, 20 vereinigen. Hinter der Vereinigungsstelle 32 erstreckt sich die Mittelachse der vereinigten Nuten 19, 20 in Umfangsrichtung des Abschnitts 27, während die gegenüberliegenden äußeren Begrenzungswände 33, 34 der vereinigten Nuten 19, 20 in Drehrichtung des Nockenträgers 3, 4 bis zum Ende des Grundkreisabschnitts 18 konvergieren, so dass die Breite der vereinigten Nuten 18, 19 in Höhe der Einläufe 28 wieder der Breite von einer der getrennten Nuten 19 bzw. 20 entspricht. Von dort an verlaufen die vereinigten Nuten 19, 20 in Umfangsrichtung bis zum Auslauf 35 (3 und 5), der in einem Winkelabstand von etwa 180 Grad hinter der Vereinigungsstelle 32 angeordnet und in Bezug zu den Einläufen 28 der beiden Nuten 19, 20 um etwa 90 Grad in Drehrichtung der Nockenwelle 2 versetzt ist.
Wie am besten in 1 dargestellt, sind benachbarte Eingriffselemente 22, 23; 23, 24 in axialer Richtung der Nockenwelle 2 jeweils in einem dem Mittenabstand benachbarter Nocken 13, 14, 15 und/oder Nockenprofile entsprechenden Abstand angeordnet, der auch dem Mittenabstand zwischen dem Einlauf 28 von einer der beiden Nuten 19, 20 und deren gemeinsamem Auslauf 35 entspricht.
Die Funktionsweise des Schneckentriebs ist wie folgt: Wenn der Nockenträger 3, 4 aus der in 5a dargestellten äußeren linken Verschiebestellung nach rechts in die mittlere Verschiebestellung bewegt werden soll, wird das Stellorgan 21 aktiviert, um das in 5a geschwärzt dargestellte mittlere Eingriffselement 23 auszufahren und es mit der linksgängigen Nut 20 in Eingriff zu bringen. Das Ausfahren des Eingriffselements 23 erfolgt, bevor sich der Einlauf 28 der Nut 20 in Drehrichtung der Nockenwelle 2 (Pfeil D in 5) vor dem Eingriffselement 23 vorbei bewegt, so dass dessen freies Ende am Einlauf 28 in die Nut 20 eintritt und sich während einer Drehung der Nockenwelle 2 von etwa 450 Grad durch die gesamte linksgängige Nut 20 hindurch bis zum gemeinsamen Auslauf 35 der beiden Nuten 19, 20 bewegt.
Wenn der Nockenträger 3, 4 in der mittleren Verschiebestellung bleiben soll, wird dann das mittlere Eingriffselement 23 eingezogen und kein weiteres Eingriffselement 22, 23, 24 mehr ausgefahren. Wenn hingegen der Nockenträger 3, 4 über die mittlere Verschiebestellung hinaus nach rechts in die in 5c dargestellte äußere rechte Verschiebestellung bewegt werden soll, wird das in 5b geschwärzt dargestellte rechte äußere Eingriffselement 24 ausgefahren und am Einlauf 28 mit der linksgängigen Nut 20 in Eingriff gebracht, durch die es sich anschließend bis zum gemeinsamen Auslauf 35 hindurchbewegt.
Wenn der Nockenträger 3, 4 aus der rechten äußeren Verschiebestellung zurück nach links in die in 5b dargestellte mittlere Verschiebestellung bewegt werden soll, wird in entsprechender Weise das in 5c geschwärzt dargestellte mittlere Eingriffselement 23 ausgefahren und am Einlauf 28 mit der rechtsgängigen Nut 19 in Eingriff gebracht, während das in 5b geschwärzt dargestellte linke äußere Eingriffselement 22 ausgefahren und mit der rechtsgängigen Nut 19 in Eingriff gebracht wird, um den Nockenträger 3, 4 aus der mittleren Verschiebestellung nach links in die in 5a dargestellte linke äußere Verschiebestellung zu bewegen.
Um die Nockenträger 3, 4 in Bezug zur Drehachse der Nockenwelle 2 zu zentrieren bzw. während ihrer Verschiebung in Bezug zur Drehachse zentriert zu halten, sind die Nockenträger 3 und 4 jeweils zwischen zwei Ventilen in Gleitlagern 36 drehbar gelagert, welche zusammen mit den Nockenträgern 3, 4 axial verschiebbar sind.
Die Ausbildung und die Funktionsweise der verschiebbaren Gleitlager 36 ist in einer mitanhängigen Patentanmeldung des Anmelders mit der internen Kennung P6517 und demselben Anmeldetag ausführlich beschrieben, auf deren Offenbarung hier verwiesen wird.
Um den Nockenträger 3, 4 in der jeweiligen Verschiebestellung festzuhalten, sind die Gleitlager 36 in jeder Verschiebestellung mittels einer Arretiervorrichtung 37 axial arretierbar.
Die Ausbildung und die Funktionsweise der Arretiervorrichtung 37 ist in einer mitanhängigen Patentanmeldung des Anmelders mit der internen Kennung P6500 und demselben Anmeldetag ausführlich beschrieben, auf deren Offenbarung hier verwiesen wird.

1: Ventiltrieb
2: Nockenwelle
3: Nockenträger
4: Nockenträger
5: Nockengruppe
6: Nockengruppe
7: Rolle
8: Rollenschlepphebel
9: Ventilteller
10: Ventilglied
11: Ventilfeder
12: Ventilspielausgleichselement
13: Nocken
14: Nocken
15: Nocken
16: Verzahnungen
17: Schneckentrieb
18: Grundkreisabschnitt
19: rechtsgängige Nut
20: linksgängige Nut
21: Stellorgan
22: Eingriffselement
23: Eingriffselement
24: Eingriffselement
25: Drehachse
26: Umfangsfläche
27: Abschnitt Nockenträger
28: Einlauf Nuten
29: Trennwand
30: innere Begrenzungswand
31: innere Begrenzungswand
32: Vereinigung
33: äußere Begrenzungswand
34: äußere Begrenzungswand
35: Auslauf
36: Gleitlager
37: Arretiervorrichtung

ZITATE ENTHALTEN IN DER BESCHREIBUNG
Diese Liste der vom Anmelder aufgeführten Dokumente wurde automatisiert erzeugt und ist ausschließlich zur besseren Information des Lesers aufgenommen. Die Liste ist nicht Bestandteil der deutschen Patent- bzw. Gebrauchsmusteranmeldung. Das DPMA übernimmt keinerlei Haftung für etwaige Fehler oder Auslassungen.
Zitierte Patentliteratur

- EP 1608849 B1 [0003]

Claims

Ventiltrieb für Gaswechselventile einer Brennkraftmaschine mit mindestens einer Nockenwelle, die in einem Gehäuse der Brennkraftmaschine drehbar gelagert ist, mindestens einem drehfest und axial verschiebbar auf der Nockenwelle geführten Nockenträger, sowie Einrichtungen zum axialen Verschieben des mindestens einen Nockenträgers auf der Nockenwelle in entgegengesetzten Richtungen, umfassend mindestens zwei Eingriffselemente, die sich mit einer rechtsgängigen bzw. linksgängigen Nut in Eingriff bringen lassen, dadurch gekennzeichnet, dass die rechtsgängige Nut (19) und die linksgängige Nut (20) unmittelbar nebeneinander angeordnet sind und ineinander übergehen bzw. sich vereinigen.
Ventiltrieb nach Anspruch 1, dadurch gekennzeichnet, dass sich die rechtsgängige Nut (19) und die linksgängige Nut (20) V-förmig zu einer Nut mit einer in Umfangsrichtung verlaufenden Mittelachse vereinigen.
Ventiltrieb nach Anspruch 1 oder 2, dadurch gekennzeichnet, dass die Nuten (19, 20) einen gemeinsamen Auslauf (35) aufweisen.
Ventiltrieb nach einem der vorangehenden Ansprüche, dadurch gekennzeichnet, dass der Nockenträger (3, 4) mindestens eine Nocken- oder Nockenprofilgruppe (5, 6) mit drei unterschiedlichen Nocken (13, 14, 15) und/oder Nockenprofilen umfasst und in drei diskrete Verschiebestellungen verschiebbar ist, deren Abstand dem Mittenabstand der Nocken (13, 14, 15) und/oder Nockenprofile entspricht und dass die Eingriffselemente (22, 23, 24) in axialer Richtung der Nockenwelle (2) in einem dem Mittenabstand der Nocken (13, 14, 15) und/oder Nockenprofile entsprechenden Abstand angeordnet sind.
Ventiltrieb nach Anspruch 4, dadurch gekennzeichnet, dass der Mittenabstand zwischen Einläufen (28) der linksgängigen bzw. rechtsgängigen Nut (19, 20) und einem Auslauf (35) der vereinigten Nuten (19, 20) dem Mittenabstand der Nocken (13, 14, 15) und/oder Nockenprofile entspricht.
Ventiltrieb nach einem der vorangehenden Ansprüche, dadurch gekennzeichnet, dass sich zum Verschieben des Nockenträgers (3, 4) aus einer äußeren Verschiebestellung in die mittlere Verschiebestellung das mittlere Eingriffselement (23) mit der mit der in Verschieberichtung vorderen Nut (19 bzw. 20) in Eingriff bringen lässt und dass sich zum Verschieben des Nockenträgers (3, 4) aus der mittleren Verschiebestellung in eine der beiden äußeren Verschiebestellungen das in Verschieberichtung vordere Eingriffselement (22 bzw. 24) mit der in Verschieberichtung vorderen Nut (19 bzw. 20) in Eingriff bringen lässt.
Ventiltrieb nach einem der vorangehenden Ansprüche, dadurch gekennzeichnet, dass die rechtsgängige und die linksgängige Nut (19, 20) auf dem Nockenträger (3, 4) ausgebildet sind, und dass die Eingriffselemente (22, 23, 24) von mindestens einem ortsfest im Gehäuse der Brennkraftmaschine montierten Stellorgan (21) mit einer der Nuten (19, 20) in Eingriff gebracht werden.