DE102011114300A1

DE102011114300A1 - Ventiltrieb einer Brennkraftmaschine sowie Brennkraftmaschine

Info

Publication number: DE102011114300A1
Application number: DE201110114300
Authority: DE
Inventors: Andreas Schlinke; Heiko Steinecker; Thomas Binsch
Original assignee: Audi AG
Current assignee: Audi AG
Priority date: 2011-09-23
Filing date: 2011-09-23
Publication date: 2013-03-28
Anticipated expiration: 2031-09-24
Also published as: EP2839122A1; EP2839122B1; WO2013041187A1; DE102011114300B4

Abstract

Die Erfindung betrifft einen Ventiltrieb (1) einer Brennkraftmaschine, mit wenigstens einer Grundnockenwelle (2), auf der drehfest und zwischen wenigstens zwei Axialpositionen axial verschiebbar wenigstens ein Ventilbetätigungsnocken (5, 6, 7, 8) aufweisender Nockenträger (3) vorgesehen ist, wobei dem Nockenträger (3) zum axialen Verschieben mittels eines Aktuators (31) eine Schaltkulisse (11) zugeordnet ist, welche an ihrem Umfang über zwei in axialer Richtung gegenläufige, sich kreuzende Kulissenbahnen (23, 24) verfügt, die jeweils einen Umkehrpunkt (28, 29) aufweisen. Dabei ist vorgesehen, dass die Umkehrpunkte (28, 29) in Umfangsrichtung versetzt zueinander vorliegen. Die Erfindung betrifft weiterhin eine Brennkraftmaschine mit einem Ventiltrieb (1).

Description

Die Erfindung betrifft einen Ventiltrieb einer Brennkraftmaschine, mit wenigstens einer Grundnockenwelle, auf der drehfest und zwischen wenigstens zwei Axialpositionen axial verschiebbar mindestens ein Ventilbetätigungsnocken aufweisender Nockenträger vorgesehen ist, wobei dem Nockenträger zum axialen Verschieben mittels eines Aktuators eine Schaltkulisse zugeordnet ist, welche an ihrem Umfang über zwei in axialer Richtung gegenläufige, sich kreuzende Kulissenbahnen verfügt, die jeweils einen Umkehrpunkt aufweisen. Die Erfindung betrifft weiterhin eine Brennkraftmaschine mit einem Ventiltrieb.
Ventiltriebe der eingangs genannten Art sind aus dem Stand der Technik bekannt. Sie werden für Brennkraftmaschinen eingesetzt, bei welchen das Arbeitsspiel von Gaswechselventilen einzelner Zylinder der Brennkraftmaschine zur Verbesserung der thermodynamischen Eigenschaften beeinflusst werden kann. Der mindestens eine Nockenträger, welcher auch als Nockenstück bezeichnet werden kann, ist drehfest und axial verschiebbar auf der Grundnockenwelle angeordnet. Dem Nockenträger sind üblicherweise mehrere, also zumindest zwei, Ventilbetätigungsnocken zugeordnet. Jeder dieser Ventilbetätigungsnocken weist eine Exzentrizität auf, welcher der Betätigung eines der Gaswechselventile der Brennkraftmaschine bei einem bestimmten Drehwinkel der Grundnockenwelle dient. Die Ventilbetätigungsnocken laufen demnach gemeinsam mit der Grundnockenwelle um, sodass das jeweilige Gaswechselventil der Brennkraftmaschine zumindest einmal pro Umdrehung der Grundnockenwelle von dem zugeordneten Ventilbetätigungsnocken beziehungsweise dessen Exzentrizität betätigt wird. Der Ventilbetätigungsnocken wirkt dazu vorzugsweise mit einem Rollenschlepphebel des Gaswechselventils zusammen, indem er mit diesem in Anlagekontakt tritt.
Vorzugsweise sind mehrere Ventilbetätigungsnocken vorgesehen, welche unterschiedlichen Nockengruppen zugeordnet sein können. Die Ventilbetätigungsnocken einer Nockengruppe unterscheiden sich nun beispielsweise hinsichtlich der Winkellage ihrer Exzentrizität oder der Erstreckung derselben in radialer Richtung (Höhe) und/oder in Umfangsrichtung (Länge). Durch das axiale Verschieben des Nockenträgers kann dieser in wenigstens zwei, beispielsweise in eine erste und eine zweite, Axialposition gebracht werden. In der ersten Axialposition wird das Gaswechselventil von einem ersten der Ventilbetätigungsnocken und in der zweiten Axialposition von einem zweiten der Ventilbetätigungsnocken betätigt, welche derselben Nockengruppe zugeordnet sind. Durch die Verlagerung des Nockenträgers können somit insbesondere der Öffnungszeitpunkt, die Öffnungsdauer und/oder der Hub des Gaswechselventils, insbesondere in Abhängigkeit von einem Betriebszustand der Brennkraftmaschine, ausgewählt werden.
Das Verschieben beziehungsweise Verlagern des Nockenträgers in axialer Richtung erfolgt mit Hilfe einer Stelleinrichtung, die eine Schaltkulisse auf dem Nockenträger und einen ortsfest angeordneten Aktuator, üblicherweise in einem Zylinderkopf der Brennkraftmaschine, umfasst. Der Aktuator verfügt über einen ausfahrbaren Mitnehmer, der sich mit einer beispielsweise schrauben- oder spiralförmigen Kulissenbahn der Schaltkulisse in Eingriff bringen lässt. Die Kulissenbahnen sind an der Schaltkulisse vorgesehen, welche dem Nockenträger zugeordnet ist. Beispielsweise ist die Schaltkulisse an dem Nockenträger ausgebildet oder mit diesem zum axialen Verschieben wirkverbunden. Die Kulissenbahnen liegen jeweils entlang eines Verlaufs einer vorzugsweise, jedoch nicht notwendigerweise stetigen Kurvenbahn vor und weisen eine bestimmte Breite auf, welche vorzugsweise auf die Breite des Mitnehmers des Aktuators abgestimmt ist. Üblicherweise ist die Kulissenbahn geringfügig breiter als der Mitnehmer, so dass ein problemloses Durchlaufen der Kulissenbahn durch den Mitnehmer möglich ist. Die Kulissenbahnen liegen beispielsweise als Radialnuten vor, welche den Umfang der Schaltkulisse durchgreifen, also randoffen in dieser ausgebildet sind.
Die Kurvenbahn liegt beispielsweise zentral in der Kulissenbahn vor und ist eine Linie im mathematischen Sinn. Diese Linie kann sich aus mehreren Linienabschnitten zusammensetzen. Wenn im Folgenden von einem Punkt der Kulissenbahn die Rede ist, so ist stets ein Punkt auf der der Kulissenbahn zugrundeliegenden Kurvenbahn gemeint. Die Kulissenbahnen verlaufen wenigstens bereichsweise in axialer Richtung gegenläufig und kreuzen sich dabei in einem Kreuzungspunkt. Jede der Kulissenbahnen weist einen Umkehrpunkt auf. Entsprechend den vorstehenden Ausführungen ist unter diesem Umkehrpunkt ein Punkt auf der Kurvenbahn zu verstehen, wobei letztere den Verlauf der Kulissenbahn beschreibt. Der Umkehrpunkt entspricht beispielsweise einem Punkt der Kulissenbahn, bei dessen Erreichen durch den Mitnehmer des Aktuators der Nockenträger genau zwischen zwei Axialpositionen des Nockenträgers, insbesondere in einem Totpunkt zwischen den Axialpositionen, vorliegt. Üblicherweise verläuft die Kurvenbahn in einem Abschnitt um den Umkehrpunkt herum gerade, weist also eine konstante Steigung in axialer Richtung, nicht jedoch eine Krümmung auf. In diesem Fall fällt der Umkehrpunkt beispielsweise mit dem Mittelpunkt dieses geraden Abschnitts zusammen (in Längsrichtung des Abschnitts gesehen). In einer speziellen Ausführungsform entspricht der Umkehrpunkt einem Wendepunkt der Kurvenbahn, also einem Punkt, an dem die Kurvenbahn ihr Krümmungsverhalten ändert. In dem Umkehrpunkt wechselt sie in diesem Fall also entweder von einer Rechts- in eine Linkskurve oder umgekehrt. Ein solcher Wechsel kann auch als Bogenwechsel bezeichnet werden. Bei aus dem Stand der Technik bekannten Ventiltrieben fallen üblicherweise die Umkehrpunkte der Kulissenbahnen mit dem Kreuzungspunkt der sich kreuzenden Kulissenbahnen zusammen.
Bei der Auslegung der Brennkraftmaschine sind häufig zahlreiche Parameter fest vorgegeben, beispielsweise ein Abstand zwischen den einzelnen Zylindern der Brennkraftmaschine. Zusätzlich ist es wünschenswert, den Bauraum der Brennkraftmaschine zu reduzieren. Aus beiden Voraussetzungen folgt, dass der Ventiltrieb der Brennkraftmaschine mit einem konstanten und begrenzten Bauraum realisiert werden muss, was problematisch sein kann, wenn der Nockenträger axial verschiebbar, insbesondere mehrstufig verschiebbar, sein soll. Aus diesem Grund kommt bei einem derartigen Ventiltrieb häufig der vorstehend beschriebene, sich kreuzende Verlauf der Kulissenbahnen zum Einsatz. In diesem Zusammenhang beschreibt beispielsweise die DE 10 2009 053 116 A1 einen Ventiltrieb einer Brennkraftmaschine, mit einer Nockenwelle, die eine Trägerwelle sowie ein darauf drehfest zwischen zwei Axialpositionen verschiebbar angeordnetes Nockenstück umfasst, das zumindest eine Nockengruppe unmittelbar benachbarter Nocken mit unterschiedlichen Nockenerhebungen und eine als Nut ausgebildete Axialkulisse mit äußeren Führungswänden zur Vorgabe zweier sich kreuzender Kulissenbahnen aufweist, und mit einem in die Axialkulisse einkoppelbaren Betätigungsstift zum Verschieben des Nockenstücks in Richtung beider Kulissenbahnen.
Bei einem solchen Ventiltrieb tritt jedoch das Problem auf, dass der Mitnehmer des Aktuators während des Durchlaufens zumindest einer der Kulissenbahnen – üblicherweise im Bereich des Kreuzungspunkts – ohne seitliche Führung ist, weil die Führungswand der Kulissenbahn, von welcher der Mitnehmer in axialer Richtung geführt ist, durch das Kreuzen der jeweils anderen Kulissenbahn unterbrochen ist. Der Nockenträger muss sich daher, um die axiale Verlagerung zu vollenden, mit Hilfe der bereits durch den Mitnehmer auf den Nockenträger aufgeprägten kinetischen Energie zumindest über eine kurze Distanz aufgrund seiner Massenträgheit bewegen. Dies verlangt jedoch nach dem Aufbringen von einer ausreichenden Menge kinetischer Energie. Die aufgebrachte kinetische Energie steigt mit der Drehzahl der Brennkraftmaschine an, weil die Grundnockenwelle üblicherweise fest mit einer Kurbelwelle der Brennkraftmaschine gekoppelt ist. Das bedeutet dennoch, dass die Brennkraftmaschine mit einer Mindestdrehzahl betrieben werden muss, um ein erfolgreiches axiales Verschieben des Nockenträgers mittels des Aktuators zu ermöglichen. Dies ist jedoch nicht wünschenswert, weil es auch in Betriebsbereichen der Brennkraftmaschine mit einer unterhalb der Mindestdrehzahl liegenden Drehzahl insbesondere zur Einhaltung von Emissionsgrenzwerten und/oder zur Erzielung eines optimalen Wirkungsgrads der Brennkraftmaschine notwendig sein kann, das Arbeitsspiel der Gaswechselventile durch das axiale Verschieben des Nockenträgers zu beeinflussen.
Es ist daher Aufgabe der Erfindung, einen Ventiltrieb einer Brennkraftmaschine vorzuschlagen, welcher die eingangs genannten Nachteile nicht aufweist, sondern insbesondere auch bei geringen Drehzahlen der Brennkraftmaschine ein zuverlässiges axiales Verschieben des Nockenträgers ermöglicht.
Dies wird erfindungsgemäß mit einem Ventiltrieb mit den Merkmalen des Anspruchs 1 erreicht. Dabei ist vorgesehen, dass die Umkehrpunkte in Umfangsrichtung versetzt zueinander liegen. Diese sollen also nicht, wie aus dem Stand der Technik bekannt, insbesondere in dem Kreuzungspunkt, zusammenfallen. Vielmehr sind sie gegeneinander versetzt, sodass sie zumindest in Umfangsrichtung voneinander beabstandet vorliegen. Üblicherweise liegen sie dabei weiterhin in einer gemeinsamen Längsschnittebene der Schaltkulisse; eine auf der Längsachse senkrecht stehende Ebene umfasst also beide Umkehrpunkte sowie den Kreuzungspunkt. Es liegt also insbesondere eine Verlagerung wenigstens eines der Umkehrpunkte ausschließlich in Umfangsrichtung, nicht jedoch in axialer Richtung vor. Durch das Versetzen der Umkehrpunkte in Umfangsrichtung zueinander steht der Mitnehmer bei dem Durchlaufen wenigstens einer der Kulissenbahnen – in Umfangsrichtung gesehen – länger mit der jeweiligen Führungswand der Kulissenbahn in Berührkontakt. Auf diese Weise wird der Nockenträger über eine größere axiale Distanz verlagert als aus dem Stand der Technik bekannt, bevor der Mitnehmer außer Eingriff mit der Führungswand gerät. Entsprechend muss der Nockenträger eine kleinere verbleibende Distanz aufgrund der auf ihn aufgeprägten kinetischen Energie zurücklegen. Entsprechend wird die Zuverlässigkeit des axialen Verschiebens des Nockenträgers deutlich vergrößert, weil nicht die Gefahr besteht, dass der Nockenträger, insbesondere bei zu niedriger Drehzahl der Brennkraftmaschine, das axiale Verschieben nicht vollenden kann, also die gewünschte Axialposition nicht erreicht. Auf diese Weise ist es möglich, das axiale Verschieben des Nockenträgers auch bei Drehzahlen durchzuführen, welche deutlich geringer sind als die bei aus dem Stand der Technik bekannten Ventiltrieben erforderlichen Drehzahlen.
Eine Weiterbildung der Erfindung sieht vor, dass jede Kulissenbahn jeweils einen Einlaufbereich, einen Auslaufbereich und einen diese miteinander verbindenden, den Umkehrpunkt aufweisenden Umkehrbereich aufweist, wobei der Einlaufbereich und der Auslaufbereich in Umfangsrichtung ausgerichtet und in axialer Richtung auf gegenüberliegenden Seiten der Schaltkulisse angeordnet sind. Der Einlaufbereich, der Umkehrbereich und der Auslaufbereich sind in dieser Reihenfolge in Umfangsrichtung beziehungsweise in Drehrichtung der Schaltkulisse hintereinander angeordnet. Greift der Mitnehmer des Aktuators in die Kulissenbahn ein, so durchläuft er entsprechend zunächst den Einlaufbereich, gelangt anschließend in den Umkehrbereich und tritt über den Auslaufbereich wieder aus der Kulissenbahn aus. Bevorzugt weist dabei der Auslaufbereich eine Rampe auf, welche den Mitnehmer in radialer Richtung nach außen ausschiebt, sodass der Mitnehmer nach einmaligem Durchlaufen der Kulissenbahn wieder außer Eingriff mit dieser steht. Das bedeutet, dass der Mitnehmer bei einer nachfolgenden Umdrehung der Grundnockenwelle beziehungsweise der Schaltkulisse nicht erneut in eine der Kulissenbahnen eingreifen kann, sondern dass vielmehr nach dem einmaligen Durchlaufen der Kulissenbahn das axiale Verschieben des Nockenträgers abgeschlossen ist. Soll der Nockenträger erneut verschoben werden, so muss demnach der Mitnehmer des Aktuators erneut in radialer Richtung nach innen verlagert werden, sodass er in Eingriff mit einer der Kulissenbahnen, insbesondere dem jeweiligen Einlaufbereich, gerät.
Jede der Kulissenbahnen, bestehend aus dem Einlaufbereich, dem Umkehrbereich und dem Auslaufbereich, erstreckt sich vorzugsweise über nahezu den gesamten Umfang des Nockenträgers. Insbesondere kann es auch vorgesehen sein, dass sich der Einlaufbereich – in Umfangsrichtung gesehen – an den Auslaufbereich unmittelbar anschließt. Bevorzugt ist jedoch der Einlaufbereich von dem Auslaufbereich in Umfangsrichtung beabstandet angeordnet. Der Einlaufbereich und der Auslaufbereich sind in Umfangsrichtung ausgerichtet, also nicht in axialer Richtung gekrümmt. Sie verlaufen vielmehr ausschließlich in Umfangsrichtung. Der Umkehrbereich dagegen weist einen Verlauf (auch) in axialer Richtung auf, wobei die Umkehrbereiche der beiden Kulissenbahnen in axialer Richtung gegenläufig vorgesehen sind und sich kreuzen. Die Umkehrbereiche umfassen demnach jeweils den Kreuzungspunkt der Kulissenbahnen. Entsprechend liegt in ihnen auch jeweils der Umkehrpunkt vor. Der Einlaufbereich und der Auslaufbereich sind – in axialer Richtung gesehen – auf gegenüberliegenden Seiten der Schaltkulisse vorgesehen. Dabei ist der Einlaufbereich mit dem Auslaufbereich über den Umkehrbereich verbunden, sodass der Umkehrbereich beziehungsweise der Teil der dem Umkehrbereich zugrundeliegenden Kurvenbahn sich sowohl in Umfangsrichtung als auch in axialer Richtung der Schaltkulisse erstreckt.
Eine Weiterbildung der Erfindung sieht vor, dass der Umkehrbereich den Einlaufbereich und den Auslaufbereich mit einem stetigen Verlauf verbindet, in dessen Mittelpunkt der Umkehrpunkt liegt. Der Teil der Kurvenbahn, welcher von dem Umkehrbereich umfasst ist, verläuft stetig, verbindet also den jeweiligen Einlaufbereich mit dem jeweiligen Auslaufbereich ohne Sprünge. Insbesondere ist der Umkehrbereich sowohl an den Einlaufbereich als auch den Auslaufbereich stetig angebunden. Das bedeutet, dass in einem Punkt, in welchem der Einlaufbereich auf den Umkehrbereich beziehungsweise der Umkehrbereich auf den Auslaufbereich stößt, die Ausrichtung des Umkehrbereichs der Ausrichtung des Einlaufbereichs beziehungsweise der Ausrichtung des Auslaufbereichs entspricht. Die Steigung in axialer Richtung stimmt in diesen Punkten zwischen dem Einlaufbereich und dem Umkehrbereich beziehungsweise dem Umkehrbereich und dem Auslaufbereich insoweit überein. Der Umkehrbereich weist entsprechend einen im Wesentlichen einen S-förmigen Verlauf auf. Der stetige Verlauf des Umkehrbereichs soll nun einen Mittelpunkt (in Längsrichtung des Verlaufs gesehen) aufweisen, in welchem der Umkehrpunkt der jeweiligen Kulissenbahn liegt. Der Mittelpunkt des Verlaufs liegt, falls der Umkehrbereich einen geraden Abschnitt aufweist, in der Mitte dieses geraden Abschnitts. Alternativ kann der Mittelpunkt auch dem vorstehend erwähnten Wendepunkt entsprechen, in welchem der Verlauf sein Krümmungsverhalten von einer Rechtskurve in eine Linkskurve oder umgekehrt ändert.
Eine Weiterbildung der Erfindung sieht vor, dass der Einlaufbereich und der Umkehrbereich in einem Startpunkt sowie der Umkehrbereich und der Auslaufbereich in einem Endpunkt aufeinanderstoßen, wobei der Startpunkt und/oder der Endpunkt der einen der Kulissenbahnen in Umfangsrichtung gegenüber dem Startpunkt beziehungsweise dem Endpunkt der anderen der Kulissenbahnen versetzt sind. Unter dem Startpunkt beziehungsweise dem Endpunkt ist zunächst ein Punkt zu verstehen, in welchem die Kurvenbahn von dem Einlaufbereich in den Umkehrbereich beziehungsweise von dem Umkehrbereich in den Auslaufbereich übergeht. Weil die Kulissenbahn die bestimmte Breite aufweist, kann entsprechend unter dem Startpunkt auch eine Startlinie und unter dem Endpunkt eine Endlinie verstanden werden, welche jeweils durch eine bestimmte Umfangsposition definiert sind.
Um die Umkehrpunkte der Kulissenbahnen in Umfangsrichtung zueinander zu versetzen, ist es nun vorgesehen, die Startpunkte beziehungsweise Endpunkte der Kulissenbahnen gegeneinander zu versetzen. Dabei kann es vorgesehen sein, lediglich den Startpunkt der einen der Kulissenbahnen gegenüber dem Startpunkt der anderen der Kulissenbahnen oder alternativ den Endpunkt der einen der Kulissenbahnen gegenüber dem Endpunkt der anderen der Kulissenbahnen zu versetzen. Bevorzugt werden jedoch sowohl der Startpunkt als auch der Endpunkt der einen der Kulissenbahnen jeweils um dieselbe Distanz zu Startpunkt und Endpunkt der anderen der Kulissenbahnen versetzt angeordnet. Auf diese Weise ändert sich – in Umfangsrichtung gesehen – die Länge des Einlaufbereichs und/oder des Auslaufbereichs der Kulissenbahn, deren Startpunkt beziehungsweise Endpunkt versetzt wird, während die Länge des Umkehrbereichs vorzugsweise gleich bleibt. Wird lediglich der Startpunkt oder lediglich der Endpunkt verlagert, so ändert sich insbesondere die Erstreckung des Umkehrbereichs in Umfangsrichtung.
Eine Weiterbildung der Erfindung sieht vor, dass die Kulissenbahnen Nutgründe aufweisen, die zumindest bereichsweise, insbesondere im Umkehrbereich, in radialer Richtung höhenversetzt zueinander vorgesehen sind, womit die Kulissenbahnen mit dem in radialer Richtung tiefer liegenden Nutgrund, insbesondere auch im Bereich der Kreuzung der Kulissenbahnen, eine durch den Höhenversatz gebildete Führungswand aufweist. Die Kulissenbahnen liegen als in dem Nockenträger ausgebildete Nuten vor. Sie weisen demnach Nutgründe auf, welche einen Grund beziehungsweise Boden der Nuten, also einen Abschluss der Nuten in radialer Richtung nach innen, bilden. Diese Nutgründe sollen wenigstens bereichsweise für die beiden Kulissenbahnen in radialer Richtung höhenversetzt zueinander vorliegen, also an derselben Umfangsposition für die eine der Kulissenbahnen eine radiale Position aufweisen, welche von der radialen Position des Nutgrunds der anderen der Kulissenbahnen unterschiedlich ist. Auf diese Weise liegen für die Kulissenbahnen mit dem in radialer Richtung tiefer liegenden Nutgrund Führungswände vor, die durch den Höhenversatz gebildet sind.
Der Höhenversatz der Nutgründe ist insbesondere in dem Umkehrbereich beziehungsweise im Bereich der Kreuzung der Kulissenbahnen vorgesehen. Bei einer solchen Ausführungsform liegen auch im Bereich der Kreuzung der Kulissenbahnen die durch den Höhenversatz gebildeten Führungswände für den Aktuator beziehungsweise dessen Mitnehmer vor, obwohl wenigstens ein Bereich der Führungswände durch die Kreuzung der Kulissenbahnen abgetragen ist. Insoweit kann durch den radialen Versatz der Nutgründe für wenigstens eine der Kulissenbahnen eine durchgängige, auch im Bereich der Kreuzung beziehungsweise in dem Umkehrbereich vorliegende Führung für den Mitnehmer des Aktuators realisiert werden. Das eingangs beschriebene Problem des unvollständigen axialen Verschiebens kann bei einem Zusammenwirken des Aktuators mit der Kulissenbahn, welche die durch Höhenversatz gebildete Führungswände aufweist, nicht auftreten. Dies ist für die andere der Kulissenbahnen jedoch weiterhin sehr wohl der Fall.
Eine Weiterbildung der Erfindung sieht aus diesem Grund vor, dass der Umkehrpunkt der Kulissenbahn mit dem in radialer Richtung höher liegenden Nutgrund in Drehrichtung des Nockenträgers nach vorne versetzt ist. Die Drehrichtung liegt in Umfangsrichtung vor, spezifiziert jedoch die Ausrichtung genauer. Während die Umfangsrichtung sowohl in Drehrichtung als auch in die der Drehrichtung entgegengesetzte Richtung weist, gibt die Drehrichtung eine Orientierung für das Versetzen der Umkehrpunkte in Umfangsrichtung zueinander vor. Weil für die Kulissenbahn mit dem in radialer Richtung tiefer liegenden Nutgrund ein durchgängiges Führen durch den Aktuator beziehungsweise dessen Mitnehmer erzielt ist, kann für diese das unvollständige axiale Verschieben des Nockenträgers nicht auftreten. Aus diesem Grund muss für die jeweils andere Kulissenbahn, also die Kulissenbahn mit dem in radialer Richtung höher liegenden Nutgrund, der jeweilige Umkehrpunkt derart angepasst sein, dass hier eine bessere Führung des Nockenträgers durch den Mitnehmer in axialer Richtung erzielt ist. Dies wird durch das Versetzen des Umkehrpunkts in Drehrichtung des Nockenträgers nach vorne, also in Drehrichtung, erreicht.
Eine Weiterbildung der Erfindung sieht vor, dass der Versatz größer 0° und kleiner oder gleich 40°, insbesondere wenigstens 10° und höchstens 20°, vorzugsweise genau 10° oder 20°, ist. Prinzipiell kann der Versatz der Umkehrpunkte der Kulissenbahnen beliebig gewählt sein. Je größer der Versatz ist, umso besser wird die Schaltkulisse bei dem axialen Verschieben durch den Aktuator beziehungsweise dessen Mitnehmer in axialer Richtung geführt. Daher soll zumindest ein Versatz vorliegen, welcher größer als 0° ist, sodass die Umkehrpunkte der Kulissenbahnen nicht aufeinander fallen. Gleichzeitig soll der Versatz kleiner oder gleich 40° sein. Vorteilhafterweise liegt der Versatz zwischen 10° und 20° beziehungsweise entspricht diesen Werten. Die Angabe des Versatzes in Grad ist äquivalent zu Strecke auf dem Umfang der Schaltkulisse zwischen zwei die Längsachse der Grundnockenwelle schneidenden Geraden, zwischen welchen der entsprechende Winkel vorliegt. Grundsätzlich kann der Versatz also als Strecke auf dem Umfang oder als Winkel bezüglich des Drehwinkels der Schaltkulisse beziehungsweise der Grundnockenwelle angegeben werden.
Eine Weiterbildung der Erfindung sieht vor, dass dem Nockenträger eine Arretiereinrichtung zugeordnet ist, welche mehrere, den Axialpositionen entsprechende Arretiernuten aufweist, in welche ein federkraftbeaufschlagtes Arretierelement zum Drängen des Nockenträgers in die nächstliegende Axialposition rastend eingreift. Um den Nockenträger beziehungsweise die Schaltkulisse in der momentanen Axialposition zu halten, während der Nockenträger nicht mittels des Aktuators in axialer Richtung verlagert werden soll, ist die Arretiereinrichtung vorgesehen. Diese weist die Arretiernuten sowie das Arretierelement auf. Vorzugsweise ist für jede der Axialpositionen eine entsprechende Arretiernut vorgesehen. Liegt der Nockenträger beziehungsweise die Schaltkulisse in einer der Axialpositionen vor, so greift das Arretierelement rastend in die entsprechende Arretiernut ein. Auf diese Weise wird ein Herausbewegen des Nockenträgers aus der Axialposition verhindert, solange nicht mittels des Aktuators eine Kraft auf die Schaltkulisse beziehungsweise den Nockenträger aufgeprägt wird, welche ausreichend ist, um trotz des rastenden Eingreifens des Arretierelements in die Arretiernut ein Verlagern zu bewirken. Das Arretierelement ist dabei federkraftbeaufschlagt und wird von der Federkraft in Richtung der Arretiernuten gedrängt.
Liegt der Nockenträger in einer der Axialpositionen vor, so greift das Arretierelement wie beschrieben in die entsprechende Arretiernut ein. Liegt dagegen der Nockenträger beispielsweise während des axialen Verschiebens mittels des Aktuators – zwischen den Axialpositionen, so drängt das Arretierelement den Nockenträger in die nächstliegende Axialposition. Die Arretiereinrichtung kann beispielsweise als Kugelraste mit Rampen ausgebildet sein. Das Arretierelement liegt insoweit als kugelförmiges Element vor und die Arretiernuten weisen jeweils in Richtung der nächstliegenden Arretiernut abfallende Rampen auf, damit das Arretierelement auf jeden Fall in eine der Axialpositionen gelangen kann. Wird also mittels des Aktuators lediglich ein unvollständiges axiales Verschieben erreicht, so bewirkt die Arretiereinrichtung, dass der Nockenträger in die nächstliegende Axialposition gebracht wird.
Eine Weiterbildung der Erfindung sieht vor, dass jeweils zwei der Arretiernuten von einem Trennelement beabstandet sind, wobei das Trennelement einen Totpunkt aufweist, über welchen das Arretierelement bei einem Verlagern mittels des Aktuators hinausbewegt wird. Zwischen den Arretiernuten ist demnach das Trennelement vorgesehen, welches diese in axialer Richtung voneinander beabstandet. An dem Trennelement liegt beispielsweise die vorstehend beschriebene Rampe vor, welche in Richtung der nächstliegenden Arretiernut abfällt. Dennoch weist das Trennelement üblicherweise einen Totpunkt auf, insbesondere zwischen zwei der Rampen. Ist Arretierelement in dem Bereich des Totpunkts angeordnet, so kann es keine Verlagerung des Nockenträgers in axialer Richtung bewirken. Aus diesem Grund soll das Arretierelement bei dem Verlagern mittels des Aktuators über den Totpunkt hinaus verlagert werden. Dies kann durch die versetzte Anordnung der Umkehrpunkte in Umfangsrichtung auf einfache Weise erreicht werden.
Die Erfindung betrifft weiterhin eine Brennkraftmaschine mit einem Ventiltrieb, insbesondere gemäß den vorstehenden Ausführungen, wobei der Ventiltrieb über wenigstens eine Grundnockenwelle verfügt, auf der drehfest und zwischen wenigstens zwei Axialpositionen axial verschiebbar mindestens ein Ventilbetätigungsnocken aufweisender Nockenträger vorgesehen ist, wobei dem Nockenträger zum axialen Verschieben mittels eines Aktuators eine Schaltkulisse zugeordnet ist, welche an ihrem Umfang über zwei in axialer Richtung gegenläufige, sich kreuzende Kulissenbahnen verfügt, die jeweils einen Umkehrpunkt aufweisen. Dabei ist vorgesehen, dass die Umkehrpunkte in Umgangsrichtung versetzt zueinander vorliegen. Der Ventiltrieb der Brennkraftmaschine kann gemäß den vorstehenden Ausführungen weitergebildet sein.
Die Erfindung wird nachfolgend anhand der in der Zeichnung dargestellten Ausführungsbeispiele näher beschrieben, ohne dass eine Beschränkung der Erfindung erfolgt. Dabei zeigen:
1 einen Längsschnitt durch einen Bereich eines Ventiltriebs einer Brennkraftmaschine, wobei eine Grundnockenwelle mit einem auf dieser axial verschiebbaren Nockenträger und einer dem Nockenträger zugeordneten Schaltkulisse dargestellt ist,
2 eine Schaltkulisse in einer ersten Ansicht,
3 die Schaltkulisse in einer zweiten Ansicht,
4 die Schaltkulisse in einer dritten Ansicht,
5 eine schematische Ansicht der Schaltkulisse,
6 eine weitere Schaltkulisse in einer ersten Ansicht,
7 die weitere Schaltkulisse in einer zweiten Ansicht,
8 die weitere Schaltkulisse in einer dritten Ansicht, und
9 eine weitere Ansicht der erfindungsgemäßen Schaltkulisse.
Die 1 zeigt einen Bereich eines Ventiltriebs 1 einer nicht dargestellten Brennkraftmaschine. Der Ventiltrieb 1 besteht aus einer Grundnockenwelle 2 und einem axial auf dieser verschiebbaren Nockenträger 3. Der Nockenträger 3 weist eine zentrale Ausnehmung 4 auf, welche von der Grundnockenwelle 2 durchgriffen ist. Im Bereich der Ausnehmung 4 verfügt der Nockenträger 3 über eine hier nicht dargestellte Innenverzahnung, welche mit einer ebenfalls nicht dargestellten Außenverzahnung der Grundnockenwelle 2 zusammenwirkt, um den Nockenträger 3 drehfest, jedoch axial verschiebbar, auf der Grundnockenwelle 2 zu halten. Der Nockenträger 3 weist mehrere Ventilbetätigungsnocken 5, 6, 7 und 8 auf, wobei die Ventilbetätigungsnocken 5 und 6 einer Nockengruppe 9 und die Ventilbetätigungsnocken 7 und 8 einer Nockengruppe 10 zugeordnet sind. Weiterhin verfügt der Nockenträger 3 über eine Schaltkulisse 11, welche Bestandteil einer hier nicht näher dargestellten Stelleinrichtung ist. Mit Hilfe der Stelleinrichtung ist der Nockenträger 3 auf der Grundnockenwelle 2 in axialer Richtung verlagerbar.
Die Ventilbetätigungsnocken 5, 6, 7 und 8 dienen der Betätigung von nicht dargestellten Gaswechselventilen der Brennkraftmaschine. Es ist erkennbar, dass die hier dargestellten Ventilbetätigungsnocken 5, 6, 7 und 8 exzentrisch sind, wobei die Exzentrizitäten an unterschiedlichen Winkelpositionen beziehungsweise Umfangspositionen bezüglich des Nockenträgers 3 vorliegen und/oder unterschiedliche Erstreckungen in Radialrichtung und/oder Umfangsrichtung aufweisen. Zur Betätigung der Gaswechselventile wirken die Ventilbetätigungsnocken 5, 6, 7 und 8 beispielsweise mit Rollenschlepphebeln 12 und 13 des jeweiligen Gaswechselventils durch Anlagekontakt zusammen. Jedem der Rollenschlepphebel 12 und 13 sind dabei die jeweiligen Ventilbetätigungsnocken 5 und 6 beziehungsweise 7 und 8 der entsprechenden Nockengruppe 9 oder 10 zugeordnet. Der Rollenschlepphebel 12 wird also von den Ventilbetätigungsnocken 5 oder 6 und der Rollenschlepphebel 13 von den Ventilbetätigungsnocken 7 oder 8 betätigt.
Bedingt durch die unterschiedliche Ausgestaltung der Ventilbetätigungsnocken 5 und 6 beziehungsweise 7 und 8 untereinander stellt sich somit ein entsprechender Hub, Öffnungszeitpunkt und/oder eine Öffnungsdauer des Gaswechselventils ein. Durch axiales Verschieben des Nockenträgers 3 können die Rollenschlepphebel 12 und 13 von dem Ventilbetätigungsnocken 5 oder 6 beziehungsweise 7 oder 8 der jeweiligen Nockengruppe 9 oder 10 betätigbar sein. Der Nockenträger 3 wird beispielsweise in Abhängigkeit von einem Betriebszustand der Brennkraftmaschine verlagert, sodass stets derjenige Ventilbetätigungsnocken 5 oder 6 mit dem Rollenschlepphebel 12 beziehungsweise derjenige Ventilbetätigungsnocken 7 oder 8 mit dem Rollenschlepphebel 13 zu dessen Betätigung zusammenwirkt, mit welchem beispielsweise ein optimaler Wirkungsgrad beziehungsweise eine optimale Leistung der Brennkraftmaschine erzielbar ist.
Um den Nockenträger 3 in seiner momentanen Axialposition zu halten, wenn kein axiales Verschieben mittels des Aktuators vorgesehen ist, ist ihm eine Arretiereinrichtung 14 zugeordnet. Die Arretiereinrichtung 14 verfügt über mehrere, den Axialpositionen entsprechende Arretiernuten 15 und 16. In dem hier dargestellten Ausführungsbeispiel sind zwei Arretiernuten 15 und 16 vorgesehen, weil der Nockenträger 3 zwischen zwei Axialpositionen axial verschiebbar sein soll. Es kann jedoch auch eine größere Anzahl von Axialpositionen und entsprechend eine größere Anzahl von Arretiernuten, insbesondere drei oder vier, vorgesehen sein. Die Arretiernuten 15 und 16 sind auf der der Grundnockenwelle 2 zugewandten Seite des Nockenträgers 3, also in einer Wandung der Ausnehmung 4, in dem Nockenträger 3 ausgebildet. Sie können dabei die Grundnockenwelle 2 in Umfangsrichtung vollständig umgreifen, also über den gesamten Innenumfang des Nockenträgers 3 vorliegen. Die Arretiereinrichtung 14 verfügt weiterhin über Arretierelemente 17, welche mittels einem oder mehrerer Federelemente 18 federkraftbeaufschlagt sind. Die Arretierelemente 17 und das Federelement 18 sind wenigstens bereichsweise in der Grundnockenwelle 2 beziehungsweise in einer diese in radialer Richtung durchgreifenden Bohrung 19 angeordnet.
Das Federelement 18 drängt die Arretierelemente 17 in radialer Richtung nach außen in Richtung der Arretiernuten 15 und 16. Die Arretierelemente 17 greifen, wenn sich der Nockenträger 3 in einer der vorgesehenen Axialpositionen befindet, rastend in die Arretiernut 15 beziehungsweise 16 ein. Einer ersten der Axialpositionen ist dabei beispielsweise die Arretiernut 15 und einer zweiten der Axialpositionen die Arretiernut 16 zugeordnet. In dem hier dargestellten Ausführungsbeispiel befindet sich der Nockenträger 3 insoweit in seiner ersten Axialposition. Zwischen den beiden Arretiernuten 15 und 16 liegt ein Trennelement 20 vor, welches insbesondere als Trennsteg ausgebildet ist.
Das Trennelement 20 weist – im Längsschnitt gesehen – Rampen 21 auf, welche jeweils in Richtung der jeweils nächstgelegenen Arretiernut 15 und 16 geneigt sind. Auf diese Weise wird der Nockenträger 3, sollte er sich nicht in einer der vorgesehenen Radialpositionen befinden, in die jeweils nächstgelegene Axialposition gedrängt, weil die Arretierelemente 17 derart mit der entsprechenden Rampe 21 zusammenwirken, dass der Nockenträger 3 axial in Richtung der nächstgelegenen Axialposition verlagert wird. Zwischen den beiden Rampen 21 liegt jedoch ein Totpunkt 22, insbesondere in einem Wendepunkt des Trennelements 20 zwischen den Rampen 21. In diesem Totpunkt 22 ist das Trennelement 20 weder in Richtung der Arretiernut 15 noch der Arretiernut 16 geneigt. Sollte der Nockenträger 3 also in axialer Richtung derart angeordnet sein, dass die Arretierelemente 17 mit dem Trennelement im Bereich von dessen Totpunkt 22 zusammenwirken, so kann auch die Arretiereinrichtung 14 keine Verlagerung des Nockenträgers 3 in axialer Richtung und damit ein Verschieben in eine der Axialpositionen bewirken. Es sei darauf hingewiesen, dass grundsätzlich auch eine andere Ausgestaltung für die Arretiereinrichtung 14 vorgesehen sein kann. Die hier beschriebene Ausführungsform dient lediglich der Illustration.
Anhand der 2 bis 9 wird nachfolgend die Schaltkulisse 11 näher beschrieben. Dabei zeigen die 2 bis 5 eine im Wesentlichen bekannte Schaltkulisse 11 und die 6 bis 9 eine erfindungsgemäße Schaltkulisse 11. Sowohl die im Wesentlichen bekannte Schaltkulisse 11 als auch die erfindungsgemäße Schaltkulisse 11 können für den vorstehend beschriebenen Ventiltrieb 1 verwendet werden, sodass insoweit auch auf die vorstehenden Ausführungen Bezug genommen wird.
Die 2, 3 und 4 zeigen verschiedene Ansichten der Schaltkulisse 11, welche im Wesentlichen bereits bekannt ist. Es wird deutlich, dass die Schaltkulisse 11 an ihrem Außenumfang zwei Kulissenbahnen 23 und 24 aufweist, welche als Nuten ausgebildet sind. Die Kulissenbahnen 23 und 24 verlaufen entsprechend der Kurvenbahnen 25 und 26, welche jeweils zentral in der Kulissenbahn 23 beziehungsweise 24 vorliegen. Die Kurvenbahnen 25 und 26 sind dabei Linien im mathematischen Sinn, während sich die Kulissenbahnen 23 und 24 mit einer bestimmten Breite um die Kurvenbahnen 25 und 26 herum erstrecken. Die Kulissenbahnen 23 und 24 verlaufen wenigstens bereichsweise in axialer Richtung gegenläufig und kreuzen sich daher in einem Kreuzungspunkt 27. Unter dem Kreuzungspunkt 27 ist dabei insbesondere ein Punkt zu verstehen, an welchem sich die Kurvenbahnen 25 und 26 der Kulissenbahnen 23 und 24 schneiden. Der Bereich, in welchem sich die Kulissenbahnen 23 und 24 schneiden, ist – bedingt durch ihre Breite – naturgemäß nicht punktförmig.
Die Kurvenbahnen 25 und 26 und damit auch die Kulissenbahnen 23 und 24 weisen Umkehrpunkte 28 und 29 auf. Dabei ist der Umkehrpunkt 28 der Kulissenbahn 23 beziehungsweise der Kurvenbahn 25 und der Umkehrpunkt 29 der Kulissenbahn 24 beziehungsweise der Kurvenbahn 26 zugeordnet. Unter den Umkehrpunkten 28 und 29 sind Punkte der Kulissenbahnen 23 und 24 zu verstehen, in welchen Mittelpunkte der Kurvenbahnen 25 und 26 vorliegen. Der Einfachheit wegen entsprechen die hier dargestellten Umkehrpunkte 28 und 29 Wendepunkten der Kurvenbahnen 25 und 26, in welchen eine in die eine Richtung gekrümmte Kurve in eine in die entgegengesetzte Richtung gekrümmte Kurve übergeht. Üblicherweise werden die Kurvenbahnen 25 und 26 jedoch keine Wendepunkte im mathematischen Sinne aufweisen. Es wird deutlich, dass die in den 2 bis 4 dargestellte Schaltkulisse 11 Umkehrpunkte 28 und 29 aufweist, welche zusammenfallen, also identisch sind. Daraus resultiert jedoch, dass, wie in der 3 dargestellt, Führungswege a und b der Kulissenbahn 24, also Bereiche, in welchen ein nicht dargestellter Aktuator beziehungsweise ein Mitnehmer des Aktuators an Führungswänden 30 anliegt, beidseitig des Kreuzungspunkts 27 identisch sind. Für die Schaltkulisse 11, bei welcher die Umkehrpunkte 28 und 29 zusammenfallen, gilt demnach a = b.
Das bedeutet jedoch, dass bei einem axialen Verschieben des Nockenträgers 3 durch ein Zusammenwirken des Aktuators mit der Schaltkulisse 11 der Mitnehmer des Aktuators lediglich über den Führungsweg a geführt wird, bis er den Kreuzungspunkt 27 erreicht, in welchem er nicht mehr an der Führungswand 30 anliegt. Auf den Nockenträger 3 und die Schaltflüsse 11 muss demnach eine ausreichende kinetische Energie aufgebracht worden sein, um durch Massenträgheitseinfluss das axiale Verschieben zu vollenden beziehungsweise das axiale Verschieben zumindest so weit durchzuführen, bis die Arretiereinrichtung 14 das weitere Verschieben in Richtung der gewünschten Axialposition übernimmt. Weil die kinetische Energie grundsätzlich von der Drehzahl der Grundnockenwelle 2 und damit einer Kurbelwelle der Brennkraftmaschine abhängt, muss die Brennkraftmaschine mit einer Drehzahl betrieben werden, welche größer als eine Mindestdrehzahl ist, um ein erfolgreiches axiales Verschieben des Nockenträgers 3 auf der Grundnockenwelle 2 zu bewirke.
Dieser Umstand ist anhand der 5 ersichtlich. In einem oberen Bereich dieser Figur ist zunächst die Arretiereinrichtung 14 schematisch dargestellt. Angedeutet sind dabei die Positionen, in welchen die Arretierelemente 17 in der Arretiernut 15 beziehungsweise 16 vorliegen können. Ebenfalls erkennbar ist das Trennelement 20 mit seinen in Richtung der Arretiernuten 15 und 16 geneigten Rampen 21 und dem zwischen den Rampen befindlichen Totpunkt 22. Die Arretiernuten 15 und 16 und damit auch die vorgesehenen Axialpositionen des Nockenträgers 3 sind in axialer Richtung mit dem Abstand d beabstandet. Entsprechend beträgt der Abstand zwischen jeder der Arretiernuten 15 und 16 und dem Totpunkt 22 d/2. Die Strecke, um welche bei dem axialen Verschieben der Nockenträger 3 mindestens verlagert werden muss, damit die Arretierelemente 17 über den Totpunkt 22 hinausverlagert werden und somit das weitere Verschieben in Richtung der gewünschten Axialposition übernehmen können, ist demnach größer als d/2.
In dem unteren Bereich der 5 sind die Schaltkulisse 11 sowie deren Kulissenbahnen 23 und 24 und die dazugehörigen Kurvenbahnen 25 und 26 schematisch dargestellt. Ebenso gezeigt ist ein Mitnehmer 31 des Aktuators in zwei verschiedenen Positionen, welche er bezüglich des Nockenträgers 3 bei einem Eingreifen in die Kulissenbahn 24 einnimmt. Das Bezugszeichen 31 bezeichnet dabei den Nockenträger in einer in Drehrichtung des Nockenträgers 3 ersten Position und das Bezugszeichen 31' in einer zweiten, in Drehrichtung weiter hinten liegenden Position. Die Bewegungsrichtung des Mitnehmers 31 bezüglich der Schaltkulisse 11 ist durch den Pfeil 32 angedeutet. In dieser Darstellung wird deutlich, dass die Kulissenbahnen 23 und 24 aus Einlaufbereichen 33 und 34, Umkehrbereichen 35 und 36 sowie Auslaufbereichen 37 und 38 bestehen. Bei einem Eingreifen des Mitnehmers 31 in die Kulissenbahn 23 durchläuft er insoweit den Einlaufbereich 33, anschließend den Umkehrbereich 35 und zuletzt den Auslaufbereich 37. Für die Kulissenbahn 24 durchläuft er den Einlaufbereich 34, den Umkehrbereich 36 und den Auslaufbereich 38 in der angegebenen Reihenfolge. Dabei stoßen die Einlaufbereiche 33 und 34 sowie die Umkehrbereiche 35 und 36 jeweils in einem Startpunkt 39 beziehungsweise 40 aufeinander. Ebenso stoßen die Umkehrbereiche 35 und 36 sowie die Auslaufbereiche 37 und 38 in Endpunkten 41 beziehungsweise 42 aufeinander. Der Abstand zwischen den Startpunkten 39 und 40 sowie den Endpunkten 41 und 42 – in Umfangsrichtung – wird durch l₁ beziehungsweise l₂ angegeben. Diese Größen bezeichnen somit die Länge der Umkehrbereiche 35 und 36 in Umfangsrichtung. Die Umkehrbereiche 35 und 36 sind in ihrem Verlaufsbeginn (der sich an den Startpunkt 39 beziehungsweise 40 anschließt) und ihrem Verlaufsende (der vor dem Endpunkt 41 beziehungsweise 42 liegt) beispielsweise gekrümmt, während ein dazwischen liegender Abschnitt, in welchem der Umkehrpunkt 28 beziehungsweise 29 liegt, gerade ist, also eine konstante Steigung in axialer Richtung aufweist. Alternativ kann selbstredend auch ein durchgehend gekrümmter Verlauf vorgesehen sein, in dessen Wendepunkt sich der jeweilige Umkehrpunkt 28 oder 29 befindet.
Der Mitnehmer 31 in seiner ersten Position liegt in dem Einlaufbereich 34 vor. In seiner zweiten Position, gekennzeichnet durch das Bezugszeichen 31', liegt in einer Position vor, in welcher er gerade nicht mehr von der Führungswand 30 in axialer Richtung geführt wird. Es wird deutlich, dass der Mitnehmer 31 bezüglich der Schaltkulisse 11 zwischen seinen beiden Positionen einen Abstand von a zurückgelegt hat. Dieser Abstand a entspricht der Strecke in axialer Richtung, bis zu welcher sich die Führungswand 30 in Richtung des Kreuzungspunkts 27 erstreckt und so das Führen des Mitnehmers 31 in der Kulissenbahn 24 sicherstellt. Bedingt durch den symmetrischen Aufbau der Kulissenbahnen 23 und 24 kann mit der hier vorgestellten Schaltkulisse 11 lediglich ein Verschieben des Nockenträgers 3 in axialer Richtung um eine Strecke a bewirkt werden. Dabei ist a jedoch üblicherweise kleiner als die vorstehend beschriebene Strecke d/2, sodass, wenn der Nockenträger 3 eine zu geringe kinetische Energie in axialer Richtung aufweist, die Arretierelemente 17 unter Umständen in oder sogar vor dem Totpunkt 22 zwischen den Arretiernuten 15 und 16 zu stehen kommen. In diesem Fall kann es dazu kommen, dass der Nockenträger 3 von der Arretiereinrichtung 14 wieder in seine Ausgangsposition zurück verlagert wird. Aus diesem Grund muss bei Verwendung der hier gezeigten Schaltkulisse 11 sichergestellt werden, dass die kinetische Energie des Nockenträgers 3 ausreichend groß ist, was eine Drehzahl der Brennkraftmaschine voraussetzt, welche über der Mindestdrehzahl liegt.
Dieser Problematik kann durch die Verwendung der anhand der 6 bis 9 beschriebenen erfindungsgemäßen Schaltkulisse 11 begegnet werden. Grundsätzlich entspricht der anhand der 6 bis 9 beschriebene Aufbau der Schaltkulisse 11 dem anhand der 2 bis 5 beschriebenen, sodass insoweit auf die vorstehenden Ausführungen verwiesen wird. Nachfolgend wird lediglich auf die Unterschiede eingegangen. Es wird deutlich, dass bei der erfindungsgemäßen Ausführungsform der Schaltkulisse 11 die Umkehrpunkte 28 und 29 nicht mehr aufeinander fallen, sondern in Umfangsrichtung der Schaltkulisse 11 gegeneinander versetzt sind. Dabei soll der Umkehrpunkt 29 der Kurvenbahn 24 in Drehrichtung des Nockenträgers 3 beziehungsweise der Schaltkulisse 11 nach vorne versetzt sein. Das bedeutet auch, dass die Umkehrpunkte 28 und 29 nicht mehr mit dem Kreuzungspunkt 27 zusammenfallen, sondern bezüglich diesem jeweils in Umfangsrichtung nach hinten beziehungsweise nach vorne versetzt sind. Das Versetzen der Umkehrpunkte 28 und 29 wird insbesondere durch ein Versetzen der Startpunkte 39 und 40 zueinander um den Abstand (auf dem Umfang) beziehungsweise den Winkel (bezogen auf den Drehwinkel des Nockenträgers 3) γ erreicht. Dies ist insbesondere in 7 ersichtlich. Die Größe γ kann insoweit entweder als Strecke oder als Winkel angegeben werden.
Weil die Erstreckung der Umkehrbereiche 35 und 36 weiterhin gleich ist, so dass l₁ = l₂ gilt, ergibt sich daraus, dass die Umkehrpunkte 28 und 29 ebenfalls um den Abstand beziehungsweise Winkel γ versetzt sind, wie dies in der 8 dargestellt ist. Daraus folgt, dass der Mitnehmer 31 beim Durchlaufen der Kulissenbahn 24 länger in Eingriff beziehungsweise Berührkontakt mit der Führungswand 30 steht, als dies bei einem Durchlaufen der Kulissenwand 23 der Fall wäre. Damit gilt bei dieser Ausführungsform der Schaltkulisse 11 für die Führungswege a' > b', wobei die beiden Werte den anhand der 2 bis 5 beschriebenen Werten a und b entsprechen. Weil a' größer als d/2 oder zumindest gleich ist, wird auf ein Verschieben des Nockenträgers 3 in eine Axialposition realisiert, aus welcher heraus die Arretiereinrichtung 14 für das weitere Verlagern sorgt. Es besteht also bei einem Eingreifen des Mitnehmers 31 in die Kulissenbahn 24 nicht mehr die Gefahr, dass die Arretierelemente 17 in dem Totpunkt 22 stehenbleiben. Dies bedeutet, dass die Mindestdrehzahl der Brennkraftmaschine im Gegensatz zu den aus dem Stand der Technik bekannten Schaltkulissen 11 deutlich reduziert werden kann beziehungsweise gleich Null ist.
Um eine entsprechende Führung auch für die Kulissenbahn 23 zu erreichen, weist diese einen Nutgrund 43 auf, welcher in radialer Richtung tiefer liegt als ein Nutgrund 44 der Kulissenbahn 24. Die höhenversetzte Anordnung der Nutgründe 43 und 44 zueinander ist insbesondere in den Umkehrbereichen 35 und 36 beziehungsweise um den Kreuzungspunkt 27 herum vorgesehen. Sie kann sich jedoch auch über die gesamte Kulissenbahn 23 erstrecken. Auf diese Weise liegt in der Kulissenbahn 23 im Bereich des Kreuzungspunkts 27 stets eine Führungswand 44 vor, welche durch den Höhenversatz gebildet ist und für die Kulissenbahn 23 ein durchgängiges Führen des Mitnehmers 31 des Aktuators ermöglicht. Durch die höhenversetzte Anordnung der Nutgründe 43 und 44 wird also für die Kulissenbahn 23 mit der Führungsbahn 45 eine durchgängige Führung des Mitnehmers 31 während des axialen Verschiebens des Nockenträgers 3 ermöglicht, während bedingt durch die versetzte Anordnung der Umkehrpunkte 35 und 36 in Umfangsrichtung zueinander für die Kulissenwand 24 zumindest ein Führen über den Totpunkt 22 hinaus realisiert ist. Mit der erfindungsgemäßen Schaltkulisse 11 kann insoweit ein Ventiltrieb 1 realisiert werden, bei welchem für das axiale Verschieben des Nockenträgers 3 keine oder zumindest lediglich eine kleinere Mindestdrehzahl der Brennkraftmaschine vorliegen muss, um ein zuverlässiges Verschieben zu erreichen.
Bezugszeichenliste

1: Ventiltrieb
2: Grundnockenwelle
3: Nockenträger
4: Ausnehmung
5: Ventilbetätigungsnocken
6: Ventilbetätigungsnocken
7: Ventilbetätigungsnocken
8: Ventilbetätigungsnocken
9: Nockengruppe
10: Nockengruppe
11: Schaltkulisse
12: Rollenschlepphebel
13: Rollenschlepphebel
14: Arretiereinrichtung
15: Arretiernut
16: Arretiernut
17: Arretierelement
18: Federelement
19: Bohrung
20: Trennelement
21: Raupe
22: Totpunkt
23: Kulissenbahn
24: Kulissenbahn
25: Kurvenbahn
26: Kurvenbahn
27: Kreuzungspunkt
28: Umkehrpunkt
29: Umkehrpunkt
30: Führungswand
31: Mitnehmer
32: Pfeil
33: Einlaufbereich
34: Einlaufbereich
35: Umkehrbereich
36: Umkehrbereich
37: Auslaufbereich
38: Auslaufbereich
39: Startpunkt
40: Startpunkt
41: Endpunkt
42: Endpunkt
43: Nutgrund
44: Nutgrund
45: Führungswand

ZITATE ENTHALTEN IN DER BESCHREIBUNG
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Zitierte Patentliteratur

DE 102009053116 A1 [0006]

Claims

Ventiltrieb (1) einer Brennkraftmaschine, mit wenigstens einer Grundnockenwelle (2), auf der drehfest und zwischen wenigstens zwei Axialpositionen axial verschiebbar wenigstens ein Ventilbetätigungsnocken (5, 6, 7, 8) aufweisender Nockenträger (3) vorgesehen ist, wobei dem Nockenträger (3) zum axialen Verschieben mittels eines Aktuators (31) eine Schaltkulisse (11) zugeordnet ist, welche an ihrem Umfang über zwei in axialer Richtung gegenläufige, sich kreuzende Kulissenbahnen (23, 24) verfügt, die jeweils einen Umkehrpunkt (28, 29) aufweisen, dadurch gekennzeichnet, dass die Umkehrpunkte (28, 29) in Umfangsrichtung versetzt zueinander vorliegen.
Ventiltrieb nach Anspruch 1, dadurch gekennzeichnet, dass jede Kulissenbahn (28, 29) jeweils einen Einlaufbereich (33, 34), einen Auslaufbereich (37, 38) und einen diese miteinander verbindenden, den Umkehrpunkt (28, 29) aufweisenden Umkehrbereich (35, 36) aufweist, wobei der Einlaufbereich (33, 34) und der Auslaufbereich (37, 38) in Umfangsrichtung ausgerichtet und in axialer Richtung auf gegenüberliegenden Seiten der Schaltkulisse (11) angeordnet sind.
Ventiltrieb nach einem der vorhergehenden Ansprüche, dadurch gekennzeichnet, dass der Umkehrbereich (35, 36) den Einlaufbereich (33, 34) und den Auslaufbereich (37, 38) mit einem stetigen Verlauf verbindet, in dessen Mittelpunkt der Umkehrpunkt (28, 29) liegt.
Ventiltrieb nach einem der vorhergehenden Ansprüche, dadurch gekennzeichnet, dass der Einlaufbereich (33, 34) und der Umkehrbereich (35, 36) in einem Startpunkt (39, 40) sowie der Umkehrbereich (35, 36) und der Auslaufbereich (37, 38) in einem Endpunkt (31, 42) aufeinanderstoßen, wobei der Startpunkt (39, 40) und/oder der Endpunkt (41, 42) der einen der Kulissenbahnen (23, 24) in Umfangsrichtung gegenüber dem Startpunkt (39, 40) beziehungsweise dem Endpunkt (41, 42) der anderen der Kulissenbahnen (24, 23) versetzt sind.
Ventiltrieb nach einem der vorhergehenden Ansprüche, dadurch gekennzeichnet, dass die Kulissenbahnen (23, 24) Notgründe (43, 44) aufweisen, die zumindest bereichsweise, insbesondere im Umkehrbereich (35, 36), in radialer Richtung höhenversetzt zueinander vorgesehen sind, womit die Kulissenbahn (23, 24) mit dem in radialer Richtung tiefer liegenden Nutgrund (43, 44), insbesondere auch im Bereich der Kreuzung (27) der Kulissenbahnen (23, 24), eine durch den Höhenversatz gebildete Führungswand (45) aufweist.
Ventiltrieb nach einem der vorhergehenden Ansprüche, dadurch gekennzeichnet, dass die Umkehrpunkte (28, 29) der Kulissenbahn (23, 24) mit dem in radialer Richtung höher liegenden Nutgrund (43, 44) in Drehrichtung des Nockenträgers (3) nach vorne versetzt ist.
Ventiltrieb nach einem der vorhergehenden Ansprüche, dadurch gekennzeichnet, dass der Versatz größer 0° und kleiner oder gleich 40°, insbesondere wenigstens als 10° und höchstens 20°, vorzugsweise genau 10° oder 20°, ist.
Ventiltrieb nach einem der vorhergehenden Ansprüche, dadurch gekennzeichnet, dass dem Nockenträger (3) einer Arretiereinrichtung (14) zugeordnet ist, welche mehrere, den Axialpositionen entsprechende Arretiernuten (15, 16) aufweist, in welche ein federkraftbeaufschlagtes Arretierelement (17) zum Drängen des Nockenträgers (3) in die nächstliegende Axialposition rastend eingreift.
Ventiltrieb nach einem der vorhergehenden Ansprüche, dadurch gekennzeichnet, dass jeweils zwei der Arretiernuten (15, 16) von einem Trennelement (20) beabstandet sind, wobei das Trennelement (20) einen Totpunkt (22) aufweist, über welchen das Arretierelement (17) bei einem Verlagern mittels des Aktuators hinausbewegt wird.
Brennkraftmaschine mit einem Ventiltrieb (1), insbesondere nach einem oder mehreren der vorhergehenden Ansprüche, wobei der Ventiltrieb (1) über wenigstens eine Grundnockenwelle (2) verfügt, auf der drehfest und zwischen wenigstens zwei Axialpositionen axial verschiebbar mindestens ein Ventilbetätigungsnocken (5, 6, 7, 8) aufweisender Nockenträger (3) vorgesehen ist, wobei dem Nockenträger (3) zum axialen Verschieben mittels eines Aktuators (31) eine Schaltkulisse (11) zugeordnet ist, welche an ihrem Umfang über zwei in axialer Richtung gegenläufige, sich kreuzende Kulissenbahnen (23, 24) verfügt, die jeweils einen Umkehrpunkt (28, 29) aufweisen, dadurch gekennzeichnet, dass die Umkehrpunkte (28, 29) in Umfangsrichtung versetzt zueinander vorliegen.