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Die Erfindung betrifft einen Ventiltrieb für Gaswechselventile einer Brennkraftmaschine gemäß dem Oberbegriff des Anspruchs 1.
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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.
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Aus der
WO 2004/083611 A1 der Anmelderin ist bereits ein Ventiltrieb der eingangs genannten Art bekannt, bei dem mehrere Nockenträger drehfest und axial verschiebbar auf einer Grundnockenwelle angeordnet sind. Zur Betätigung von zwei Gaswechselventilen jedes Zylinders der Brennkraftmaschine sind auf dem zugehörigen Nockenträger zwei im axialen Abstand voneinander angeordnete Nockenprofilgruppen vorgesehen, von denen jede zwei verschiedene Nockenprofile aufweist. Durch axiale Verschiebung der Nockenträger auf der Grundnockenwelle zwischen zwei Endanschlägen lässt sich jeweils eines der beiden Nockenprofile jeder Nockenprofilgruppe mit einer Rolle eines Rollenschlepphebels des zugehörigen Gaswechselventils in Anlagekontakt bringen. Bei dem bekannten Ventiltrieb werden die beiden Endanschläge von gegenüberliegenden zylinderkopffesten Anschlagflächen gebildet, gegen die nockenträgerfeste Anschlagflächen angepresst werden, um die Nockenträger in einer gewünschten Verschiebestellung festzuhalten. Die Anpressung der mit der Grundnockenwelle mitrotierenden Anschlagflächen der Nockenträger gegen die zylinderkopffesten Anschlagflächen der Endanschläge verursacht jedoch im Betrieb der Brennkraftmaschine nicht unerhebliche Reibungsverluste. In der Praxis werden die zylinderkopffesten Anschlagflächen jeweils von einer Stirnfläche einer Lagerhalbschale eines Gleitlagers gebildet, in dem der jeweilige Nockenträger drehbar gelagert ist. Infolge der Teilung der Lagerschale des Gleitlagers weisen die Stirnflächen der Lagerhalbschalen häufig einen geringen axialen Versatz zueinander auf, was zu einer geringen Axialbewegung der Nockenträger während einer Umdrehung und somit zu einer akustischen Anregung in axialer Richtung führt, die durch das Drehlager auf den Zylinderkopf übertragen wird und eine schlechtere Akustik der Brennkraftmaschine bedingt.
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Ausgehend hiervon liegt der Erfindung die Aufgabe zugrunde, einen Ventiltrieb der eingangs genannten Art dahingehend zu verbessern, dass die Reibungsverluste vermindert und die Akustik der Brennkraftmaschine verbessert werden kann.
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Diese Aufgabe wird erfindungsgemäß dadurch gelöst, dass sich die beiden Endanschläge mit der Grundnockenwelle mitdrehen. Durch die erfindungsgemäße Maßnahme wird vermieden, dass es im Betrieb der Brennkraftmaschine zur einer Relativbewegung zwischen den Endanschlägen und den gegen die Endanschläge anliegenden Nockenträgern kommt, wodurch die Reibungsverluste beträchtlich vermindert und die Akustik der Brennkraftmaschine verbessert werden kann.
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Eine bevorzugte Ausgestaltung der Erfindung sieht vor, dass die Grundnockenwelle beiderseits von mindestens einem Teil der Nockenträger in einem Drehlager und vorzugsweise in einem Gleitlager drehbar gelagert ist, das eine drehfest und axial unverschiebbar mit der Grundnockenwelle verbundene innere Lagerhülse umfasst, wobei die inneren Lagerhülsen der Drehlager die beiden Endanschläge für den Nockenträger bilden. Anders als bei dem bekannten Ventiltrieb gemäß der
WO 2004/083611 A1 werden somit zum einen die Drehlager nicht entlang der Nockenträger zwischen deren Nockenprofilgruppen sondern beiderseits von mindestens einem Teil der Nockenträger angeordnet. Zum anderen werden die inneren Lagerhülsen der Drehlager drehfest und axial unverschiebbar auf der Grundnockenwelle angebracht, so dass sie sich mit der Grundnockenwelle mitdrehen und es somit zwischen ihren als Anschlagflächen dienenden Stirnflächen und gegenüberliegenden Stirnflächen der Nockenträger zu keiner Relativbewegung kommt. Demgegenüber werden äußere Lagerschalen der Drehlager ortsfest in Lagerböcke des Zylinderkopfs der Brennkraftmaschine eingesetzt, wodurch der Lagerdurchmesser der Drehlager, d. h. der Außendurchmesser der zylindrischen äußeren Umfangsflächen der inneren Lagerhülsen bzw. der Innendurchmesser der gegenüberliegenden zylindrischen äußeren Umfangsflächen der äußeren Lagerschalen beliebig groß gewählt werden kann.
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Um sicherzustellen, dass die Stirnflächen der Nockenträger gegen die gegenüberliegenden Stirnflächen der inneren Lagerhülsen und nicht gegen die gegenüberliegenden Stirnflächen der äußeren Lagerschalen anschlagen, sind die Drehlager zweckmäßig so ausgebildet, dass ihre inneren Lagerhülsen größere axiale Abmessungen als ihre äußeren Lagerschalen aufweisen und somit die Stirnflächen der inneren Lagerhülsen in axialer Richtung über diejenigen der äußeren Lagerschalen überstehen und früher als die Stirnflächen der äußeren Lagerschalen mit den Stirnflächen der Nockenträger in Kontakt treten.
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Grundsätzlich wäre es zwar möglich, die inneren Lagerhülsen aus zwei Halbschalen zusammenzusetzen, die nach der Montage der Nockenträger auf der Grundnockenwelle zwischen benachbarten Nockenträgern auf der Grundnockenwelle befestigt werden, zum Beispiel mittels Schrauben. Eine bevorzugte Ausgestaltung der Erfindung sieht jedoch vor, dass die inneren Lagerhülsen einteilig ausgebildet sind und jeweils im Wechsel mit den Nockenträgeren auf die Grundnockenwelle aufgeschoben werden, um sie anschließend in der gewünschten axialen Position drehfest und axial unverschiebbar auf der Grundnockenwelle zu befestigen.
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Um eine geführte axiale Verschiebung der Nockenträger auf der Grundnockenwelle zu ermöglichen, weist die Grundnockenwelle im Verschiebebereich der Nockenträger bevorzugt eine Außenverzahnung auf, die formschlüssig mit einer komplementären Innenverzahnung der Nockenträger im Eingriff steht. In diesem Fall wird das Aufschieben der inneren Lagerhülsen auf die Grundnockenwelle dadurch erleichtert, dass die inneren Lagerhülsen ebenfalls mit einer der Innenverzahnung der Nockenträger entsprechenden Innenverzahnung versehen werden, während die Grundnockenwelle dort, wo die die inneren Lagerhülsen angebracht werden sollen, mit einer entsprechenden Außenverzahnung wie im Verschiebebereich der Nockenträger versehen wird. Nachdem die inneren Lagerhülsen im Wechsel mit den Nockenträgern auf die Grundnockenwelle aufgeschoben worden sind, werden sie axial unverschiebbar auf der Grundnockenwelle befestigt.
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Die Befestigung der inneren Lagerhülsen auf der Grundnockenwelle kann mittels einer formschlüssigen und/oder reibschlüssigen bzw. kraftschlüssigen Verbindung erfolgen, zum Beispiel durch Aufschrumpfen, Verstemmen, Schweißen, Kleben oder Rollieren. Dort, wo eine Innenverzahnung der inneren Lagerhülsen mit einer Außenverzahnung der Grundnockenwelle im Eingriff steht, kann vorteilhaft durch Aufschrumpfen, Kleben oder Rollieren dafür gesorgt werden, dass sich die inneren Lagerhülsen nach ihrer Befestigung nicht mehr in axialer Richtung verschieben können.
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Da nicht ausgeschlossen werden kann, dass nach der Herstellung der drehfesten Verbindung zwischen der Grundnockenwelle und den inneren Lagerhülsen deren zylindrische äußere Umfangsflächen eine geringfügige Exzentrizität und/oder Unrundheit in Bezug zur Drehachse der Grundnockenwelle aufweisen, werden die äußere Umfangsflächen der inneren Lagerhülsen zweckmäßig nach deren Anbringung auf der Grundnockenwelle nachgeschliffen, so dass sie koaxial zu den inneren Umfangsfläche von äußeren Lagerschalen der Drehlager ausgerichtet sind.
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Im Folgenden wird die Erfindung anhand eines in der Zeichnung dargestellten Ausführungsbeispiels näher erläutert. Es zeigen:
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1 eine perspektivische Ansicht einer Grundnockenwelle und von drei auf der Grundnockenwelle axial verschiebbar geführten Nockenträgern eines Ventiltriebs von Einlass- oder Auslassventilpaaren von drei Zylindern eines 6-Zylinder-V-Motors;
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2 eine Längsschnittansicht der Grundnockenwelle und der drei Nockenträger;
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3 eine vergrößerte Ansicht des Ausschnitts III der 2;
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4 eine vergrößerte Ansicht des Ausschnitts IV der 1.
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Der in der Zeichnung nur teilweise dargestellte Ventiltrieb 1 dient zur Steuerung von Paaren von Einlassventilen von drei Zylindern (nicht dargestellt) eines 6-Zylinder-Dieselmotors in V-Bauweise.
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Der Ventiltrieb 1 umfasst eine obenliegende, in einem Zylinderkopfgehäuse (nicht dargestellt) des Dieselmotors drehbar gelagerte Grundnockenwelle 2, drei auf der Grundnockenwelle 2 axial verschiebbare Nockenträger 3, 4, 5, einen für jeden Zylinder des Dieselmotors, sowie einen Aktuator (nicht dargestellt) zum Verschieben des jeweiligen Nockenträgers 3, 4, 5 zwischen zwei im axialen Abstand voneinander angeordneten definierten Verschiebestellungen.
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Die Grundnockenwelle 2 weist an ihrem einen Stirnende ein Antriebszahnrad 6 auf, das über einen Umschlingungstrieb (nicht dargestellt) von der Kurbelwelle (nicht dargestellt) des Dieselmotors angetrieben wird. Die Grundnockenwelle 2 ist mit Hilfe von Gleitlagern 7a, 7b in Lagerböcken 8 des Zylinderkopfgehäuses drehbar gelagert.
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Die drei hohlzylindrischen Nockenträger
3,
4,
5 weisen an ihrem äußeren Umfang jeweils zwei im axialen Abstand voneinander angeordnete Nockenpaare
9,
10 auf, von denen jedes aus zwei Nocken
11,
12 mit unterschiedlichen Hubkonturen besteht. Jedes der beiden Nockenpaare
9,
10 wirkt mit einer Rolle eines schwenkbar gelagerten Rollenschlepphebels (nicht dargestellt) des zugehörigen Einlassventils zusammen. Durch eine axiale Verschiebung des Nockenträgers
3,
4,
5 kann die Rolle des Rollenschlepphebels jedes Einlassventils nach Bedarf mit einem der beiden Nocken
11,
12 des zugehörigen Nockenpaars
9 bzw.
10 in Anlagekontakt gebracht werden, so dass sie sich während jeder Umdrehung der Grundnockenwelle
2 einmal über die Hubkontur des Nockens
11 bzw.
12 hinwegbewegt und dabei den Rollenschlepphebel unter Öffnen des Ventils verschwenkt. Durch unterschiedliche Hubkonturen der beiden Nocken
11,
12 können der Hub und die Öffnungszeit jedes Ventils in Abhängigkeit von der Verschiebestellung des jeweiligen Nockenträgers
3,
4,
5 unabhängig vom Hub und der Öffnungszeit der Ventile der anderen Zylinder zum Beispiel drehzahlabhängig verändert werden, wie dies in der eingangs genannten
WO 2004/083611 A1 näher beschrieben ist.
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Zur Verschiebung der Nockenträger 3, 4, 5 auf der Grundnockenwelle 2 ist die letztere im Verschiebebereich der Nockenträger 3, 4, 5 mit einer Außenlängsverzahnung 13 versehen, während die hohlen Nockenträger 3, 4, 5 eine komplementäre Innenlängsverzahnung 14 aufweisen.
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Die axiale Verschiebung eines Nockenträgers 3, 4, 5 auf der Grundnockenwelle 2 in eine der beiden definierten Verschiebestellungen zur Verstellung des Hubs oder der Öffnungszeiten der beiden zugehörigen Einlassventile erfolgt bei Bedarf und wird immer dann vorgenommen, wenn Grundkreisabschnitte der Nockenpaare 9, 10 den Rollen der zugehörigen Schlepphebel gegenüberliegen. Zur Verschiebung wird der Aktuator des jeweiligen Nockenträgers 3, 4, 5 betätigt, der zwei nebeneinander angeordnete Mitnehmer aufweist, die wahlweise sich aus dem Aktuator ausfahren und in eine zwischen den Nockenpaaren 9, 10 angeordnete links- bzw. rechtsgängige Schneckennut 15 im äußeren Umfang des Nockenträgers 3, 4, 5 einspuren lassen, die dem einspurenden Mitnehmer in einer der beiden definierten Verschiebestellungen gegenüberliegt. Während einer anschließenden Umdrehung der Grundnockenwelle 2 wird der Nockenträger 3, 4, 5 infolge der Bewegung des Mitnehmers durch die Schneckennut 15 nach links bzw. nach rechts in die jeweils andere Verschiebestellung bewegt.
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Der Abstand der beiden Verschiebestellungen entspricht dem Mittenabstand der beiden Nocken 11, 12 jedes Nockenpaars 9, 10 sowie dem axialen Abstand zweier Arretiernuten 16, 17, die in der Nähe eines Stirnendes jedes Nockenträgers 3, 4, 5 in dessen innerem Umfang ausgespart sind und zur Arretierung des Nockenträgers 3, 4, 5 in den beiden definierten Verschiebestellungen dienen. Die Arretierung jedes Nockenträgers erfolgt mit Hilfe einer in eine Querbohrung 18 der Grundnockenwelle 2 eingesetzten Arretierkugel 19, die durch die Kraft einer hinter der Arretierkugel 19 in der Querbohrung 18 angeordneten Schraubendruckfeder 20 gegen eine schräge Flanke 21 von einer der beiden Arretiernuten 16, 17 angepresst wird, wodurch von der Arretierkugel 19 eine axiale Kraftkomponente in den jeweiligen Nockenträger 3, 4, 5 eingeleitet wird.
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Durch diese Kraftkomponente werden in den in 2 und 3 dargestellten Verschiebestellungen die beiden Nockenträger 3 und 4 mit einer 22 ihrer beiden entgegengesetzten Stirnflächen 22, 23 gegen eine als Anschlag dienende gegenüberliegende Stirnfläche 24 einer inneren Lagerhülse 26 des in der Zeichnung rechts vom Nockenträger 3, 4 dargestellten Gleitlagers 7a angepresst, während der Nockenträger 5 gegen eine Ringschulter eines radial über die Grundnockenwelle 2 überstehenden Bundes 27 angepresst wird.
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In der jeweils anderen Verschiebestellung (nicht dargestellt) werden sämtliche drei Nockenträger 3, 4, 5 mit der anderen 23 ihrer beiden entgegengesetzten Stirnflächen 22, 23 gegen eine als Anschlag dienende, zur Stirnfläche 24 entgegengesetzte Stirnfläche 25 der inneren Lagerhülse 26 des jeweils anderen, in der Zeichnung links vom Nockenträger 3, 4 dargestellten Gleitlagers 7a angepresst.
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Um zwischen den gegeneinander anliegenden Stirnflächen 22, 24 bzw. 23, 25 Reibungsverluste zu vermeiden und die Geräuschemissionen des Dieselmotors zu vermindern, sind die ungeteilten inneren Lagerhülsen 26 der drei Gleitlager 7a drehfest und axial unverschiebbar mit der Grundnockenwelle 2 verbunden, während ihre geteilten äußeren Lagerschalen 28 ortsfest in die Lagerböcke 8 des Zylinderkopfgehäuses eingesetzt sind. Dadurch drehen sich die inneren Lagerhülsen 26 der drei Gleitlager 7a ebenso wie die drei Nockenträger 3, 4, 5 mit der Grundnockenwelle 2 mit, so dass die Stirnflächen 22, 24 bzw. 23, 25 in Bezug zueinander keine Relativbewegung ausführen. Um sicherzustellen, dass die entgegengesetzten Stirnflächen 22, 23 der Nockenträger 3, 4, 5 nicht gegen die gegenüberliegenden Stirnflächen 29, 30 der äußeren Lagerschalen 28 sondern gegen die gegenüberliegenden Stirnflächen 24, 25 der inneren Lagerhülsen 26 der Gleitlager 7a anschlagen, sind die inneren Lagerhülsen 26 breiter als die äußeren Lagerschalen 28, deren Stirnflächen 29, 30 dadurch in Bezug zu den Stirnflächen 24, 25 der inneren Lagerhülsen 26 etwas zurückgesetzt sind.
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Um es zu ermöglichen, die inneren Lagerhülsen 26 der Gleitlager 7a im Wechsel mit den Nockenträgern 3, 4, 5 auf die Grundnockenwelle 2 aufzuschieben, weisen die inneren Lagerhülsen 26 eine der Innenlängsverzahnung 14 der Nockenträger 3, 4, 5 entsprechende Innenlängsverzahnung 31 auf, wie am besten in 3 dargestellt, so dass sie sich über die Außenverzahnungen 13 der Grundnockenwelle 2 hinweg bewegen lassen. An den Stellen, an denen die inneren Lagerhülsen 26 nach dem Aufschieben auf die Grundnockenwelle 2 auf der letzteren befestigt werden sollen, ist die Grundnockenwelle 2 mit einer den Außenlängsverzahnungen 13 entsprechenden Außenlängsverzahnung 32 versehen, mit der Innenlängsverzahnung 31 der inneren Lagerhülsen 26 formschlüssig in Eingriff tritt. Die Befestigung der inneren Lagerhülsen 26 in der gewünschten Position erfolgt dann zum Beispiel durch Rollieren, wobei ihre Innenlängsverzahnung 31 kraftschlüssig gegen die zugehörige Außenlängsverzahnung 32 angepresst wird.
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Anschließend wird die Grundnockenwelle 2 in einer Dreh- oder Schleifmaschine eingespannt und die zylindrischen äußeren Umfangsflächen der inneren Lagerhülsen 26 koaxial zur Drehachse der Grundnockenwelle 2 nachgeschliffen, bevor die Grundnockenwelle 2 mit den Nockenträgern 3, 4, 5 dann im Zylinderkopfgehäuse montiert wird.
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Bezugszeichenliste
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- 1
- Ventiltrieb
- 2
- Grundnockenwelle
- 3
- Nockenträger
- 4
- Nockenträger
- 5
- Nockenträger
- 6
- Antriebszahnrad
- 7a, 7b
- Gleitlager
- 8
- Lagerböcke
- 9
- Nockenpaar
- 10
- Nockenpaar
- 11
- Nocken
- 12
- Nocken
- 13
- Außenverzahnung Grundnockenwelle
- 14
- Innenverzahnung Nockenträger
- 15
- links bzw. rechtsgängige Schneckennut
- 16
- Arretiernut
- 17
- Arretiernut
- 18
- Querbohrung Grundnockenwelle
- 20
- Kugel
- 21
- Schraubendruckfeder
- 22
- Stirnfläche Nockenträger
- 23
- Stirnfläche Nockenträger
- 24
- Stirnfläche innere Lagerhülse
- 25
- Stirnfläche innere Lagerhülse
- 26
- innere Lagerhülse Gleitlager
- 27
- Bund Grundnockenwelle
- 28
- äußere Lagerschale Gleitlager
- 29
- Stirnfläche äußere Lagerschale
- 30
- Stirnfläche äußere Lagerschale
- 31
- Außenverzahnung
- 32
- Innenverzahnung innere Lagerhülse
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ZITATE ENTHALTEN IN DER BESCHREIBUNG
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Zitierte Patentliteratur
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- WO 2004/083611 A1 [0003, 0006, 0020]
