DE102011114300A1 - Valve gear of an internal combustion engine and internal combustion engine - Google Patents
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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).The invention relates to a valve train (1) of an internal combustion engine, with at least one base camshaft (2), on the rotatably and between at least two axial positions axially displaceable at least one valve actuating cam (5, 6, 7, 8) exhibiting cam carrier (3) is provided the cam carrier (3) for axial displacement by means of an actuator (31) is associated with a shift gate (11) having on its circumference via two opposing in the axial direction, intersecting slide tracks (23, 24), each having a turning point (28, 29). It is provided that the reversal points (28, 29) are offset in the circumferential direction to each other. The invention further relates to an internal combustion engine having a valve drive (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.The invention relates to a valve train of an internal combustion engine, with at least one base camshaft on the rotationally fixed and axially displaceable between at least two axial positions at least one Ventilbetätigungsnocken exhibiting cam carrier is provided, wherein the cam carrier for axial displacement by means of an actuator associated with a shift gate, which on its circumference has two opposing in the axial direction, intersecting slide tracks, each having a reversal point. The invention further relates to an internal combustion engine with a valve train.
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.Valve trains of the type mentioned are known from the prior art. They are used for internal combustion engines, in which the cycle of gas exchange valves of individual cylinders of the internal combustion engine can be influenced to improve the thermodynamic properties. The at least one cam carrier, which may also be referred to as a cam piece, is arranged rotationally fixed and axially displaceable on the base camshaft. The cam carrier is usually associated with a plurality, that is to say at least two, valve actuation cams. Each of these valve actuation cams has an eccentricity, which serves to actuate one of the gas exchange valves of the internal combustion engine at a specific angle of rotation of the basic camshaft. Accordingly, the valve actuating cam run together with the base camshaft so that the respective gas exchange valve of the internal combustion engine is actuated by the associated valve actuating cam or its eccentricity at least once per revolution of the basic camshaft. The valve actuating cam cooperates preferably with a roller rocker arm of the gas exchange valve by coming into abutting contact with this.
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.Preferably, a plurality of valve actuation cams are provided, which may be assigned to different cam groups. The valve actuation cams of a cam group now differ, for example, with regard to the angular position of their eccentricity or the extent of the same in the radial direction (height) and / or in the circumferential direction (length). By the axial displacement of the cam carrier this can be brought into at least two, for example in a first and a second, axial position. In the first axial position, the gas exchange valve is actuated by a first one of the valve actuation cams and in the second axial position by a second one of the valve actuation cams associated with the same cam group. As a result of the displacement of the cam carrier, in particular the opening time, the opening duration and / or the lift of the gas exchange valve, in particular as a function of an operating state of the internal combustion engine, can be selected.
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.The displacement or displacement of the cam carrier in the axial direction takes place with the aid of an adjusting device, which comprises a shift gate on the cam carrier and a stationarily arranged actuator, usually in a cylinder head of the internal combustion engine. The actuator has an extendable driver, which can be brought into engagement with an example helical or spiral slide track of the shift gate. The slide tracks are provided on the shift gate, which is assigned to the cam carrier. For example, the shift gate is formed on the cam carrier or operatively connected thereto for axial displacement. The slide tracks are each along a course of a preferably, but not necessarily continuous curved path and have a certain width, which is preferably adapted to the width of the driver of the actuator. Usually, the slide track is slightly wider than the driver, so that a smooth passage through the slide track is possible by the driver. The slide tracks are, for example, as radial grooves, which pass through the circumference of the shift gate, so are formed open-edge in this.
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.The curved path, for example, is centrally located in the slide track and is a line in the mathematical sense. This line can be composed of several line sections. If in the following from a point of the slide track is mentioned, so is always a point on the slide track underlying cam track meant. The slide tracks run at least partially in the axial direction in opposite directions and intersect at a crossing point. Each of the slide tracks has a turning point. In accordance with the above explanations, this reversal point is to be understood as meaning a point on the curved path, the latter describing the course of the slide track. The reversal point corresponds, for example, to a point of the slide track, when it is reached by the driver of the actuator, the cam carrier is present exactly between two axial positions of the cam carrier, in particular in a dead center between the axial positions. Usually, the curved path runs straight in a section around the turning point, ie it has a constant pitch in the axial direction, but not a bend. In this case, the turning point coincides, for example, with the center of this straight section (seen in the longitudinal direction of the section). In a specific embodiment, the reversal point corresponds to a turning point of the curved path, that is, a point at which the curved path changes its curvature behavior. In In this case, the reversal point changes either from a right-hander to a left-hander or vice versa. Such a change can also be referred to as a bow change. In known from the prior art valve trains usually fall the reversal points of the slide tracks with the intersection of the intersecting slide tracks together.
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
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.In such a valvetrain, however, the problem arises that the driver of the actuator during the passage at least one of the slide tracks - usually in the region of the intersection - without lateral guidance, because the guide wall of the slide track, from which the driver is guided in the axial direction, is interrupted by the crossing of the other gate track. The cam carrier must therefore, in order to complete the axial displacement, move with the help of the kinetic energy already impressed on the cam carrier by the driver, at least over a short distance due to its inertia. However, this requires the application of a sufficient amount of kinetic energy. The applied kinetic energy increases with the speed of the internal combustion engine, because the basic camshaft is usually fixedly coupled to a crankshaft of the internal combustion engine. This still means that the internal combustion engine must be operated at a minimum speed to allow a successful axial displacement of the cam carrier by means of the actuator. However, this is not desirable because it may also be necessary in operating ranges of the internal combustion engine with a lying below the minimum speed for compliance with emission limits and / or to achieve optimum efficiency of the internal combustion engine, the cycle of the gas exchange valves by the axial displacement of the cam carrier influence.
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.It is therefore an object of the invention to propose a valve train of an internal combustion engine, which does not have the disadvantages mentioned above, but in particular allows a reliable axial displacement of the cam carrier even at low speeds of the internal combustion engine.
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.This is achieved according to the invention with a valve train having the features of
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.A further development of the invention provides that each slide track each have an inlet area, an outlet area and a connecting point that has the reversing point Reverse region, wherein the inlet region and the outlet region are aligned in the circumferential direction and arranged in the axial direction on opposite sides of the shift gate. The inlet region, the reversal region and the outlet region are arranged one behind the other in this order in the circumferential direction or in the direction of rotation of the shifting gate. If the driver of the actuator engages in the slide track, it first passes through the inlet area accordingly, then enters the reverse area and exits the slide track again via the outlet area. Preferably, in this case, the outlet region has a ramp, which pushes out the driver in the radial direction to the outside, so that the driver is again out of engagement with this after a single pass through the slide track. This means that the driver can not intervene again in one of the slide tracks in a subsequent revolution of the basic camshaft or the shift gate, but rather that the axial displacement of the cam carrier is completed after the single passage of the slide track. If the cam carrier is to be displaced again, the driver of the actuator must therefore be relocated inward in the radial direction so that it engages with one of the slide tracks, in particular the respective inlet area.
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.Each of the slide tracks, consisting of the inlet region, the reverse region and the outlet region, preferably extends over almost the entire circumference of the cam carrier. In particular, it can also be provided that the inlet area - seen in the circumferential direction - immediately adjoins the outlet area. Preferably, however, the inlet region is arranged spaced from the outlet region in the circumferential direction. The inlet region and the outlet region are aligned in the circumferential direction, that is not curved in the axial direction. Rather, they run only in the circumferential direction. The reverse region, however, has a course (also) in the axial direction, wherein the reverse regions of the two slide tracks are provided in opposite directions in the axial direction and intersect. The reversal areas accordingly each comprise the intersection point of the slide tracks. Accordingly, the reversal point is also present in each of them. The inlet area and the outlet area are - seen in the axial direction - provided on opposite sides of the shift gate. In this case, the inlet region is connected to the outlet region via the reversal region, so that the reversal region or the part of the reversal region underlying cam track extends both in the circumferential direction and in the axial direction of the shift gate.
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.A development of the invention provides that the reversal region connects the inlet region and the outlet region with a continuous course, in the center of which the reversal point lies. The part of the curved path, which is encompassed by the reversal region, runs continuously, thus connecting the respective inlet region to the respective outlet region without cracks. In particular, the reversal area is continuously connected to both the inlet area and the outlet area. That is, at a point where the lead-in area encounters the turn area, the turn area corresponds to the orientation of the turn area, the orientation of the lead-in area, and the orientation of the lead-out area, respectively. The pitch in the axial direction coincides in these points between the inlet region and the reversal region or the reversal region and the outlet region in this respect. The reverse region accordingly has a substantially S-shaped profile. The continuous course of the reversal region should now have a midpoint (seen in the longitudinal direction of the course), in which the reversal point of the respective slide track lies. The center of the course, if the reversing area has a straight section, lies in the middle of this straight section. Alternatively, the center may also correspond to the aforementioned inflection point, in which the course changes its curvature behavior from a right-hander to a left-hander, or vice versa.
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.A development of the invention provides that the inlet area and the reversal area in a starting point and the reversal area and the outlet area collide in an end point, wherein the starting point and / or the end point of one of the slide tracks in the circumferential direction relative to the starting point or the end of the other Sliding coasters are offset. Under the starting point or the end point is first to understand a point in which the curved path passes from the inlet region in the reversal region or from the reversal region in the outlet region. Because the slide track has the specific width, a start line and, under the end point, an end line can be understood correspondingly below the starting point, which are each defined by a specific circumferential position.
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.In order to offset the reversal points of the slide tracks in the circumferential direction to each other, it is now provided to offset the starting points or end points of the slide tracks against each other. It may be provided only to offset the starting point of one of the slide tracks opposite the starting point of the other of the slide tracks or alternatively the end point of one of the slide tracks opposite the end point of the other of the slide tracks. Prefers However, both the starting point and the end point of the one of the slide tracks are each arranged offset by the same distance to the starting point and end point of the other of the slide tracks. In this way changes - seen in the circumferential direction - the length of the inlet region and / or the outlet region of the slide track whose starting point or end point is offset, while the length of the reversal region preferably remains the same. If only the starting point or only the end point is displaced, in particular the extent of the reversal area in the circumferential direction changes.
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.A development of the invention provides that the slide tracks have groove bases, which are at least partially provided, offset in height in the radial direction to each other, whereby the slide tracks with the underlying groove in the radial direction, in particular in the region of the intersection of slide tracks, having a guide wall formed by the height offset. The slide tracks are in the form of grooves formed in the cam carrier. They therefore have groove bases, which form a base or bottom of the grooves, ie a conclusion of the grooves in the radial direction inwards. These groove bases should be at least partially offset in height for the two slide tracks in the radial direction, ie at the same circumferential position for one of the guide tracks have a radial position, which is different from the radial position of the groove bottom of the other of the slide tracks. In this way, there are guide walls for the slide tracks with the groove base lying deeper in the radial direction, which are formed by the height offset.
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.The height offset of the groove bottoms is provided in particular in the reversal region or in the region of the intersection of the slide tracks. In such an embodiment, the guide walls formed by the height offset for the actuator or its driver are also in the area of the intersection of the slide tracks, although at least a portion of the guide walls is removed by the intersection of the slide tracks. In that regard, can be realized for the driver of the actuator by the radial offset of the groove bases for at least one of the slide tracks a continuous, also present in the region of the intersection or in the reversal region. The initially described problem of incomplete axial displacement can not occur in an interaction of the actuator with the slide track, which has the guide walls formed by height offset. However, this is still the case for the other of the slide ways.
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.A development of the invention provides for this reason that the reversal point of the slide track is offset with the groove base lying higher in the radial direction in the direction of rotation of the cam carrier to the front. The direction of rotation is circumferential, but specifies the orientation more accurately. While the circumferential direction points in the direction of rotation as well as in the direction opposite to the direction of rotation, the direction of rotation provides an orientation for the displacement of the reversal points in the circumferential direction relative to one another. Because a continuous guiding is achieved by the actuator or its driver for the slide track with the groove base which lies deeper in the radial direction, the incomplete axial displacement of the cam carrier can not occur for this slide. For this reason, the respective reversing point must be adapted for the respective other slide track, so the slide track with the groove base lying higher in the radial direction, that here better guidance of the cam carrier is achieved by the driver in the axial direction. This is achieved by moving the reversal point in the direction of rotation of the cam carrier forward, ie in the direction of rotation.
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.A development of the invention provides that the offset is greater than 0 ° and less than or equal to 40 °, in particular at least 10 ° and at most 20 °, preferably exactly 10 ° or 20 °. In principle, the offset of the reversal points of the slide tracks can be chosen arbitrarily. The greater the offset, the better the shift gate is guided in the axial displacement by the actuator or its driver in the axial direction. Therefore, at least one offset should be present, which is greater than 0 °, so that the reversal points of the slide tracks do not coincide. At the same time, the offset should be less than or equal to 40 °. Advantageously, the offset is between 10 ° and 20 ° or corresponds to these values. The indication of the offset in degrees is equivalent to the distance on the circumference of the shift gate between two straight lines intersecting the longitudinal axis of the basic camshaft, between which the corresponding angle is present. Basically, the offset can therefore be specified as a distance on the circumference or as an angle with respect to the angle of rotation of the shift gate or the basic camshaft.
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.A development of the invention provides that the cam carrier is assigned a locking device which has a plurality of locking grooves corresponding to the axial positions, in which a spring-loaded locking element engages in a locking manner for urging the cam carrier into the closest axial position. In order to keep the cam carrier or the shift gate in the current axial position, while the cam carrier is not to be displaced by means of the actuator in the axial direction, is the locking device intended. This has the locking grooves and the locking element. Preferably, a corresponding locking groove is provided for each of the axial positions. If the cam carrier or the shift gate is present in one of the axial positions, then the locking element engages with a detent in the corresponding locking groove. In this way, a moving out of the cam carrier is prevented from the axial position, unless a force is impressed on the shift gate or the cam carrier by means of the actuator, which is sufficient to effect a displacement despite the locking engagement of the locking element in the locking groove. The locking element is spring-loaded and is urged by the spring force in the direction of the locking grooves.
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.If the cam carrier is in one of the axial positions, then the locking element engages as described in the corresponding locking groove. If, in contrast, the cam carrier lies, for example, during the axial displacement by means of the actuator - between the axial positions, then the locking element urges the cam carrier into the closest axial position. The locking device may be formed, for example, as a ball catch with ramps. The locking element is so far as a spherical element and the locking grooves each have in the direction of the nearest locking groove sloping ramps, so that the locking element can reach in any case in one of the axial positions. Thus, if only an incomplete axial displacement is achieved by means of the actuator, the locking device causes the cam carrier to be brought into the closest axial position.
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.A development of the invention provides that in each case two of the locking grooves are spaced from a separating element, wherein the separating element has a dead center, via which the locking element is moved by a displacement by means of the actuator. Between the locking grooves, therefore, the separating element is provided which these spaced apart in the axial direction. For example, the ramp described above, which drops in the direction of the nearest locking groove, is present on the separating element. Nevertheless, the separating element usually has a dead center, in particular between two of the ramps. If the locking element is arranged in the region of the dead center, then it can not cause any displacement of the cam carrier in the axial direction. For this reason, the locking element is to be displaced beyond the dead center during displacement by means of the actuator. This can be achieved by the staggered arrangement of the reversal points in the circumferential direction in a simple manner.
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.The invention further relates to an internal combustion engine having a valve drive, in particular according to the preceding embodiments, wherein the valve train has at least one base camshaft, on the rotationally fixed and axially displaceable between at least two axial positions at least one Ventilbetätigungsnocken exhibiting cam carrier is provided, wherein the cam carrier for axial displacement means an actuator associated with a shift gate, which has at its periphery over two opposing in the axial direction, intersecting slide tracks, each having a reversal point. It is provided that the reversal points are offset in the direction of contact with each other. The valve train of the internal combustion engine can be developed according to the above embodiments.
Die Erfindung wird nachfolgend anhand der in der Zeichnung dargestellten Ausführungsbeispiele näher beschrieben, ohne dass eine Beschränkung der Erfindung erfolgt. Dabei zeigen:The invention will be described in more detail below with reference to the embodiments illustrated in the drawing, without any limitation of the invention. Showing:
Die
Die Ventilbetätigungsnocken
Bedingt durch die unterschiedliche Ausgestaltung der Ventilbetätigungsnocken
Um den Nockenträger
Das Federelement
Das Trennelement
Anhand der
Die
Die Kurvenbahnen
Das bedeutet jedoch, dass bei einem axialen Verschieben des Nockenträgers
Dieser Umstand ist anhand der
In dem unteren Bereich der
Der Mitnehmer
Dieser Problematik kann durch die Verwendung der anhand der
Weil die Erstreckung der Umkehrbereiche
Um eine entsprechende Führung auch für die Kulissenbahn
BezugszeichenlisteLIST OF REFERENCE NUMBERS
- 11
- Ventiltriebvalve train
- 22
- Grundnockenwellebase camshaft
- 33
- Nockenträgercam support
- 44
- Ausnehmungrecess
- 55
- VentilbetätigungsnockenValve actuating cam
- 66
- VentilbetätigungsnockenValve actuating cam
- 77
- VentilbetätigungsnockenValve actuating cam
- 88th
- VentilbetätigungsnockenValve actuating cam
- 99
- Nockengruppecam group
- 1010
- Nockengruppecam group
- 1111
- Schaltkulisseshift gate
- 1212
- RollenschlepphebelRoller cam
- 1313
- RollenschlepphebelRoller cam
- 1414
- Arretiereinrichtunglocking
- 1515
- Arretiernutlocking groove
- 1616
- Arretiernutlocking groove
- 1717
- Arretierelementlocking
- 1818
- Federelementspring element
- 1919
- Bohrungdrilling
- 2020
- Trennelementseparating element
- 2121
- RaupeCaterpillar
- 2222
- Totpunktdead
- 2323
- Kulissenbahnlink path
- 2424
- Kulissenbahnlink path
- 2525
- Kurvenbahncam track
- 2626
- Kurvenbahncam track
- 2727
- Kreuzungspunktintersection
- 2828
- Umkehrpunktturning point
- 2929
- Umkehrpunktturning point
- 3030
- Führungswandguide wall
- 3131
- Mitnehmertakeaway
- 3232
- Pfeilarrow
- 3333
- Einlaufbereichintake area
- 3434
- Einlaufbereichintake area
- 3535
- Umkehrbereichreversal region
- 3636
- Umkehrbereichreversal region
- 3737
- Auslaufbereichdischarge area
- 3838
- Auslaufbereichdischarge area
- 3939
- Startpunktstarting point
- 4040
- Startpunktstarting point
- 4141
- Endpunktendpoint
- 4242
- Endpunktendpoint
- 4343
- Nutgrundgroove base
- 4444
- Nutgrundgroove base
- 4545
- Führungswandguide wall
ZITATE ENTHALTEN IN DER BESCHREIBUNG QUOTES INCLUDE IN THE DESCRIPTION
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