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Die Erfindung betrifft eine Kraftfahrzeugventiltriebvorrichtung nach Anspruch 1.
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Es sind bereits Kraftfahrzeugventiltriebvorrichtungen, mit zumindest einer Nockenwelle, die zumindest ein Nockenelement umfasst, das zur Betätigung eines Ventils zumindest eine erste, einem Volllastbetrieb einer Kraftfahrzeugbrennkraftmaschine zugeordnete Nockenbahn, und zumindest eine zweite Nockenbahn und eine dritte Nockenbahn aufweist, die unterschiedlichen Lastbetrieben zugeordnet sind, und mit einer Verstelleinheit, bekannt.
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Die
DE 10 2012 209 026 A1 offenbart eine Hubkolbenbrennkraftmaschine. Die
DE 10 2010 012 471 A1 offenbart mit einer Stellvorrichtung für einen nockenseitig verstellbaren Ventiltrieb einer Brennkraftmaschine eine gattungsgemäße Kraftfahrzeugventiltriebvorrichtung.
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Der Erfindung liegt insbesondere die Aufgabe zugrunde, eine Kraftfahrzeugventiltriebvorrichtung bereitzustellen, die eine besonders schnelle und einfache Umschaltung einer Kraftfahrzeugbrennkraftmaschine von einem Teillastbetrieb in einen Volllastbetrieb ermöglicht. Sie wird durch eine erfindungsgemäße Kraftfahrzeugventiltriebvorrichtung entsprechend dem Anspruch 1 gelöst. Weiterbildungen der Erfindung ergeben sich aus den abhängigen Ansprüchen.
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Erfindungsgemäß wird eine Kraftfahrzeugventiltriebvorrichtung, mit zumindest einer Nockenwelle, die zumindest ein Nockenelement umfasst, das zur Betätigung eines Ventils zumindest eine erste, einem Volllastbetrieb einer Kraftfahrzeugbrennkraftmaschine zugeordnete Nockenbahn, und zumindest eine zweite Nockenbahn und eine dritte Nockenbahn aufweist, die unterschiedlichen Lastbetrieben zugeordnet sind, und mit einer Verstelleinheit, die in zumindest einem Betriebszustand dazu vorgesehen ist, von der zweiten Nockenbahn und der dritten Nockenbahn direkt auf die dem Volllastbetrieb zugeordnete Nockenbahn umzuschalten, vorgeschlagen. Dadurch kann besonders schnell und vorteilhaft von einer der weiteren Nockenbahnen auf die dem Volllastbetrieb zugeordnete Nockenbahn umgeschaltet und dadurch eine besonders schnelle und einfache Umschaltung einer Kraftfahrzeugbrennkraftmaschine von einem Teillastbetrieb in einen Volllastbetrieb erreicht werden. Unter einer „Nockenwelle“ soll dabei insbesondere eine Welle verstanden werden, die zur Betätigung von Ventilen einer Kraftfahrzeugbrennkraftmaschine vorgesehen ist und zur Betätigung mindestens eines Ventils jeweils zumindest eine Nockenspur aufweist. Dabei ist es sowohl denkbar, dass die Nockenwelle als Einlassnockenwelle ausgebildet und dazu vorgesehen ist, Einlassventile zu betätigen, als auch, dass die Nockenwelle als Auslassnockenwelle ausgebildet und dazu vorgesehen ist, Auslassventile zu betätigen. Unter einem „Nockenelement“ soll insbesondere ein Element verstanden werden, das drehfest auf einer Nockenwelle angeordnet und zur Betätigung eines Ventils dazu vorgesehen ist, das entsprechende Ventil direkt oder indirekt mit zumindest einem Hub zu beaufschlagen. Unter einer „Nockenbahn“ soll insbesondere ein auf dem Umfang des Nockenelements verlaufender Bereich des Nockenelements verstanden werden, der eine Ventilbetätigungskurve zur Ventilbetätigung ausbildet und/oder der die Ventilbetätigung definiert. Unter einem „Volllastbetrieb einer Kraftfahrzeugbrennkraftmaschine“ soll dabei insbesondere ein Betriebszustand der Kraftfahrzeugbrennkraftmaschine verstanden werden, in dem die Kraftfahrzeugbrennkraftmaschine, vorzugsweise aufgrund einer Fahranforderung eines Fahrers, auf Bereitstellung einer maximalen Leistungsabgabe eingestellt wird. Unter einer „Verstelleinheit“ soll insbesondere eine Einheit verstanden werden, die dazu vorgesehen ist, das zumindest eine Nockenelement axial auf der Nockenwelle zu verschieben und dadurch die unterschiedlichen Nockenbahnen in Eingriff mit dem zu betätigenden Ventil zu bringen. Unter „vorgesehen“ soll insbesondere speziell programmiert, ausgelegt und/oder ausgestattet verstanden werden.
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Erfindungsgemäß ist die Verstelleinheit in zumindest einem Betriebszustand zur direkten Schaltung von der dritten Nockenbahn auf die dem Volllastbetrieb zugeordneten Nockenbahn dazu vorgesehen, die dazwischen angeordnete zweite Nockenbahn zu überspringen. Dadurch kann vorteilhaft besonders schnell auf die dem Vollastbetrieb zugeordnete Nockenbahn geschaltet werden. Unter „eine Nockenbahn überspringen“ soll dabei insbesondere verstanden werden, dass bei einem Schaltvorgang von einer Nockenbahn auf eine andere Nockenbahn, insbesondere auf die dem Volllastbetrieb zugeordnete Nockenbahn, eine räumlich zwischen den zwei Nockenbahnen liegende Nockenbahn überfahren wird, sodass das zu betätigende Ventil während der Schaltung von der übersprungenen Nockenbahn unbetätigt bleibt.
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Erfindungsgemäß weist die Verstelleinheit eine erste Kulissenbahn, die zur Schaltung von der zweiten Nockenbahn auf die dem Volllastbetrieb zugeordnete erste Nockenbahn vorgesehen ist, und eine zweite Kulissenbahn, die zur Schaltung von der dritten Nockenbahn auf die dem Volllastbetrieb zugeordnete erste Nockenbahn vorgesehen ist, auf. Dadurch kann eine Verstellung des Nockenelements besonders einfach ausgeführt werden. Unter einer „Kulissenbahn“ soll insbesondere eine Bahn zur ein- oder beidseitigen Zwangsführung eines Schaltpins verstanden werden. Die Kulissenbahn ist vorzugsweise in Form eines Stegs, in Form eines Schlitzes und/oder in Form einer Nut ausgebildet. Der Schaltpin ist vorzugsweise in Form eines den Steg umgreifenden Schaltschuhs, in Form eines in den Schlitz eingreifenden Pins und/oder in Form eines in der Nut geführten Pins ausgebildet.
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Erfindungsgemäß weisen die zwei Kulissenbahnen jeweils ein separates Einspursegment und ein separates Schaltsegment auf, die in ein gemeinsames Ausspursegment münden. Dadurch können die zwei Kulissenbahnen besonders vorteilhaft und teilweise einstückig miteinander ausgebildet werden. Unter einem „Spursegment“ soll dabei ein Segment der Kulissenbahn verstanden werden, das zumindest eine radiale Schrägstellung aufweist. Unter einer „radialen Schrägstellung“ soll insbesondere verstanden werden, dass die Kulissenbahn in diesem Segment eine Schrägstellung aufweist, durch die ein Verlauf der Kulissenbahn von einer Kreislinie um eine Hauptrotationsachse des zumindest einen Nockenelements radial abweicht, wodurch eine Drehbewegung einer Nockenwelle in eine radial wirkende Kraft umgesetzt werden kann. Vorzugsweise ist das Spursegment als ein Einspursegment der Kulissenbahn oder als ein Ausspursegment der Kulissenbahn ausgebildet. Unter einem „Einspursegment“ soll insbesondere ein Segment verstanden werden, bei dem die radiale Schrägstellung eine in Drehrichtung zunehmende Wirkhöhe bewirkt. Unter einem „Ausspursegment“ soll insbesondere ein Segment verstanden werden, bei dem die radiale Schrägstellung eine in Drehrichtung abnehmende Wirkhöhe bewirkt. Unter einer „Drehrichtung“ soll insbesondere eine Drehrichtung verstanden werden, entlang der das Nockenelement bei einer Ventilbetätigung mit einer Drehbewegung beaufschlagt wird. Unter einem „Schaltsegment“ soll insbesondere ein Segment der Kulissenbahn verstanden werden, das zumindest eine axiale Schrägstellung aufweist. Unter einer „axialen Schrägstellung“ soll insbesondere verstanden werden, dass die Kulissenbahn in diesem Segment eine Schrägstellung aufweist, durch die ein Verlauf der Kulissenbahn von einer Kreislinie um die Hauptrotationsachse der zumindest drei Nockenelemente axial abweicht, wodurch eine Drehbewegung der Nockenwelle in eine axial wirkende Kraft umgesetzt werden kann. Unter einem „Segment“ soll insbesondere ein Teil der Kulissenbahn verstanden werden, dem eine definierte Funktion, beispielsweise Schalten des zumindest einen Nockenelements, Einspuren eines Schaltpins oder Ausspuren eines Schaltpins, zugeordnet ist.
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Erfindungsgemäß weisen die Schaltsegmente der Kulissenbahnen eine gleiche Schaltrichtung auf. Dadurch können die Schaltkulissen besonders vorteilhaft ausgebildet werden. Unter einer „Schaltrichtung“ soll dabei insbesondere eine Richtung verstanden werden, in die das entsprechende Nockenelement bei einer Schaltung über die entsprechende Kulissenbahn verschoben wird.
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Des Weiteren wird vorgeschlagen, dass die zwei Kulissenbahnen zumindest teilweise einstückig miteinander ausgebildet sind. Dadurch können die zwei Kulissenbahnen zur Umschaltung des Nockenelements besonders einfach und platzsparend ausgebildet werden. Unter „zumindest teilweise einstückig“ soll dabei insbesondere verstanden werden, dass zumindest ein Teil der zwei Kulissenbahnen einstückig miteinander ausgebildet sind.
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Zudem wird vorgeschlagen, dass die Verstelleinheit einen Aktuator umfasst, der das Nockenelement in zumindest einem Betriebszustand von der zweiten Nockenbahn oder der dritten Nockenbahn direkt auf die dem Volllastbetrieb zugeordnete Nockenbahn schaltet. Dadurch kann das zumindest eine Nockenelement besonders einfach umgeschaltet werden. Unter einem „Aktuator“ soll dabei insbesondere ein Aktuator zur Verstellung des Nockenelements verstanden werden, der insbesondere für die Schaltung auf die dem Volllastbetrieb zugeordnete Nockenbahn vorgesehen ist. Des Weiteren wird vorgeschlagen, dass der Aktuator einen ersten Schaltpin und einen zweiten Schaltpin aufweist, die dazu vorgesehen sind in das Einspursegment der ersten Kulissenbahn oder der zweiten Kulissenbahn einzugreifen. Dadurch kann der Aktuator besonders einfach ausgebildet werden
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Dabei wird weiter vorgeschlagen, die zweite Nockenbahn einem Teillastbetrieb und die dritte Nockenbahn einem niedrigen Teillastbetrieb zugeordnete ist, die einen Nullhub ausbildet. Dadurch können die Nockenbahnen für verschiedene Teil- und Volllastbetriebe der Kraftfahrzeugbrennkraftmaschine besonders vorteilhaft ausgebildet werden. Unter einem „Nullhub“ soll insbesondere verstanden werden, dass ein Ventil, das mit dem Nullhub betätigt wird, während einer gesamten Umdrehung des Nockenelements einen gleichbleibenden Ventilhub aufweist, vorzugsweise dabei in seinem Ventilsitz bleibt und einen Strömungsquerschnitt des Ventils so während der gesamten Zeit, in der der Nullhub in Eingriff ist, versperrt bleibt. Dabei bleibt die Nockenspur, die den Nullhub aufweist, während einer gesamten Umdrehung des entsprechenden Nockenelements vorzugsweise berührungsfrei mit dem entsprechenden Ventil und berührt dieses nicht. Während ein Nockenelement mit einem Nullhub in Eingriff ist bleibt das entsprechende Ventil unbetätigt.
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Weitere Vorteile ergeben sich aus der folgenden Figurenbeschreibung. Die Figuren, die Figurenbeschreibung und die Ansprüche enthalten zahlreiche Merkmale in Kombination. Der Fachmann wird die Merkmale zweckmäßigerweise auch einzeln betrachten und zu sinnvollen weiteren Kombinationen zusammenfassen.
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Dabei zeigen:
- 1 eine schematische Darstellung eines Teils einer erfindungsgemäßen Kraftfahrzeugventiltriebvorrichtung in einem ersten Ausführungsbeispiel,
- 2 ein Diagramm der erfindungsgemäßen Kraftfahrzeugventiltriebvorrichtung, das in verschiedene Betriebsbereiche unterteilt ist und
- 3 eine schematische Darstellung eines Teils einer nicht zur Erfindung gehörenden Kraftfahrzeugventiltriebvorrichtung in einem zweiten Ausführungsbeispiel.
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Die 1 zeigt ein erstes Ausführungsbeispiel einer erfindungsgemäßen Kraftfahrzeugventiltriebvorrichtung. Die Kraftfahrzeugventiltriebvorrichtung ist Teil einer nicht näher dargestellten Kraftfahrzeugbrennkraftmaschine, die zur Erzeugung einer Antriebsleistung eines Kraftfahrzeugs vorgesehen ist. Die Kraftfahrzeugbrennkraftmaschine umfasst vier Zylinder, in denen ein KraftstoffLuftgemisch zum Antrieb der Kraftfahrzeugbrennkraftmaschine gezündet wird. Grundsätzlich ist es auch denkbar, dass die Kraftfahrzeugbrennkraftmaschine eine andere, dem Fachmann als sinnvoll erscheinende Anzahl an Zylindern aufweist. Die Kraftfahrzeugbrennkraftmaschine weist je Zylinder zwei als Einlassventile ausgebildete Ventile und zwei als Auslassventile ausgebildete Ventile auf. Grundsätzlich ist es auch denkbar, dass die Kraftfahrzeugbrennkraftmaschine je Zylinder eine andere, dem Fachmann als sinnvoll erscheinende Anzahl an Ventilen aufweist. Die Kraftfahrzeugventiltriebvorrichtung ist zur Betätigung der Ventile der Kraftfahrzeugbrennkraftmaschine vorgesehen. Die Kraftfahrzeugventiltriebvorrichtung umfasst zur Betätigung der als Einlassventile ausgebildeten Ventile eine als Einlassnockenwelle ausgebildete Nockenwelle 10a und zur Betätigung der als Auslassventile ausgebildeten Ventile eine als Auslassnockenwelle ausgebildete Nockenwelle. Je Zylinder weist jede Nockenwelle 10a jeweils ein Nockenelement 11a auf. Die Nockenelemente 11a sind dabei axial verschiebbar auf der Nockenwelle 10a gelagert. Dabei sind die Nockenelemente 11a drehfest auf der entsprechenden Nockenwelle 10a angeordnet. Im Folgenden soll lediglich die als Einlassnockenwelle ausgebildete Nockenwelle 10a und die darauf angeordneten Nockenelemente 11a beschrieben werden. Die Beschreibung der als Einlassnockenwelle ausgebildeten Nockenwelle 10a und der auf ihr angeordneten Nockenelemente 11a kann auch zur Erläuterung der als Auslassnockenwelle ausgebildeten Nockenwelle und der darauf angeordneten Nockenelemente herangezogen werden.
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Das dem ersten Zylinder zugeordnete, nicht näher dargestellte Nockenelement der Nockenwelle 10a umfasst je Ventil zwei Nockenbahnen. Die erste Nockenbahn ist einem Volllastbetrieb der Kraftfahrzeugbrennkraftmaschine zugeordnet und die zweite Nockenbahn einem Teillastbetrieb. Die erste Nockenbahn weist dabei eine größere Erhebung auf als die zweite Nockenbahn und löst dadurch bei dem entsprechenden Ventil eine größere Ventilerhebung aus. Das dem vierten Zylinder zugeordnete, nicht näher dargestellte Nockenelement ist gleich ausgebildet wie das dem ersten Zylinder zugeordnete Nockenelement.
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Das dem zweiten Zylinder zugeordnete Nockenelement 11a und das dem dritten Zylinder zugeordnete, nicht näher dargestellte Nockenelement sind gleich ausgebildet, weswegen im Folgenden lediglich das dem zweiten Zylinder zugeordnete Nockenelement 11a näher beschrieben und dargestellt wird. Eine Beschreibung des dem zweiten Zylinder zugeordneten Nockenelements 11a kann dabei zur Erläuterung des dem dritten Zylinder zugeordneten, nicht näher dargestellten Nockenelements herangezogen werden. Das Nockenelement 11a umfasst je Ventil drei Nockenbahnen 12a, 13a, 14a, 24a, 25a, 26a. Dabei sind die drei Nockenbahnen 12a, 13a, 14a zur Betätigung des einen Ventils auf einer ersten Seite des Nockenelements 11a und die drei Nockenbahnen 24a, 25a, 26a zur Betätigung des anderen Ventils des Zylinders auf einer zweiten Seite des Nockenelements 11a angeordnet. Die drei Nockenbahnen 12a, 13a, 14a des Nockenelements 11a zur Betätigung des einen Ventils des Zylinders sind gleich ausgebildet wie die anderen drei Nockenbahnen 24a, 25a, 26a des gleichen Nockenelements 11a zur Betätigung des anderen Ventils des Zylinders, weswegen im Folgenden nur die drei Nockenbahnen 12a, 13a, 14a zur Betätigung des einen Ventils näher beschrieben werden, wobei die folgende Beschreibung auch für die anderen drei Nockenbahnen 24a, 25a, 26a des Nockenelements 11a herangezogen werden kann. Die erste Nockenbahn 12a ist einem Volllastbetrieb der Kraftfahrzeugbrennkraftmaschine zugeordnet. Die zweite Nockenbahn 13a und die dritte Nockenbahn 14a sind jeweils unterschiedlichen Lastbetrieben der Kraftfahrzeugbrennkraftmaschine zugeordnet. Die zweite Nockenbahn 13a ist einem ersten Teillastbetrieb der Kraftfahrzeugbrennkraftmaschine zugeordnet. Die dritte Nockenbahn 14a ist einem zweiten Teillastbetrieb der Kraftfahrzeugbrennkraftmaschine zugeordnet. Die dritte Nockenbahn 14a weist einen Nullhub auf, der in einem geschalteten Zustand das entsprechende Ventil unbetätigt lässt und nicht aus seinem Ventilsitz hebt. Der erste Teillastbetrieb ist als ein mittlerer Teillastbetrieb ausgebildet, der für mittlere Leistungen der Kraftfahrzeugbrennkraftmaschine vorgesehen ist. Der zweite Teillastbetrieb ist als ein niedriger Teillastbetrieb ausgebildet, der für geringe Leistungen der Kraftfahrzeugbrennkraftmaschine vorgesehen ist.
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Die Kraftfahrzeugventiltriebvorrichtung umfasst eine Verstelleinheit 15a. Die Verstelleinheit 15a ist dazu vorgesehen, die Nockenelemente 11a axial auf der Nockenwelle 10a zu verschieben und in verschiedenen Schaltstellungen zu fixieren, um die Nockenbahnen 12a, 13a, 14a in Eingriff mit den zu betätigenden Ventilen zu bringen. Die Verstelleinheit 15a ist dazu vorgesehen, in einem Betriebszustand von der zweiten Nockenbahn 13a direkt auf die dem Volllastbetrieb zugeordnete Nockenbahn 12a und in einem weiteren Betriebszustand direkt von der dritten Nockenbahn 14a auf die dem Volllastbetrieb zugeordnete erste Nockenbahn 12a zu schalten. Dabei ist die Verstelleinheit 15a zur direkten Schaltung von der dritten Nockenbahn 14a auf die dem Volllastbetrieb zugeordnete erste Nockenbahn 12a dazu vorgesehen, die dazwischen angeordnete zweite Nockenbahn 13a zu überspringen. Dabei verstellt die Verstelleinheit 15a das Nockenelement 11a in der Art, dass nachdem die dritte Nockenbahn 14a das entsprechende Ventil betätigt hat, direkt die erste Nockenbahn 12a das Ventil betätigt, ohne dass dazwischen das Ventil von der zweiten Nockenbahn 13a betätigt wird.
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Zur Verstellung des Nockenelements 11a weist die Verstelleinheit 15a eine erste Kulissenbahn 16a, die zur Schaltung von der zweiten Nockenbahn 13a auf die dem Volllastbetrieb zugeordnete erste Nockenbahn 12a vorgesehen ist, und eine zweite Kulissenbahn 17a, die zur Schaltung von der dritten Nockenbahn 14a auf die dem Volllastbetrieb zugeordnete erste Nockenbahn 12a vorgesehen ist, auf. Die Kulissenbahnen 16a, 17a sind als Nuten in den Umfang des Nockenelements 11a eingebracht. Die Kulissenbahnen 16a, 17a sind dabei zwischen den Nockenbahnen 12a, 13a, 14a zur Betätigung des einen Ventils des Zylinders und den Nockenbahnen 24a, 25a, 26a zur Betätigung des anderen Ventils des Zylinders angeordnet.
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Die zwei Kulissenbahnen 16a, 17a sind dabei teilweise einstückig miteinander ausgebildet. Die zwei Kulissenbahnen 16a, 17a weisen jeweils ein Einspursegment 18a, 19a auf. Die Einspursegmente 18a, 19a der Kulissenbahnen 16a, 17a verlaufen in Umfangsrichtung und stehen orthogonal zu einer Haupterstreckungsrichtung des Nockenelements 11a. In einem Bereich der Einspursegmente 18a, 19a weisen die Kulissenbahnen 16a, 17a eine in Drehrichtung des Nockenelements 11a kontinuierlich zunehmende Tiefe auf. Dabei sind die Einspursegmente 18a, 19a axial gegeneinander versetzt angeordnet. Die zwei Kulissenbahnen 16a, 17a weisen jeweils ein Schaltsegment 20a, 21a auf. Die Schaltsegmente 20a, 21a verlaufen schräg zu der Umfangsrichtung des Nockenelements 11a und den Einspursegmenten 18a, 19a. Dabei verlaufen die Schaltsegmente 20a, 21a in Drehrichtung des Nockenelements 11a in eine Richtung, die von der ersten Seite des Nockenelements 11a weg zu der zweiten Seite des Nockenelements 11a hin gerichtet ist. Die beiden Schaltsegmente 20a, 21a weisen eine gleiche Schaltrichtung auf. Dabei sind axiale Komponenten der Schaltsegmente 20a, 21a, die parallel zu einer Rotationsachse des Nockenelements 11a verlaufen, unterschiedlich groß. Die axiale Komponente des Schaltsegments 21 der zweiten Kulissenbahn 17a ist dabei doppelt so groß wie die axiale Komponente des Schaltsegments 20a der ersten Kulissenbahn 16a. Die axiale Komponente des Schaltsegments 21a der zweiten Kulissenbahn 17a beträgt dabei zwei Nockenbahnbreiten. Die axiale Komponente des Schaltsegments 20a der ersten Kulissenbahn 16a beträgt eine Nockenbahnbreite. Dadurch wird das Nockenelement 11a beim Schalten mittels der zweiten Kulissenbahn 17a um zwei Nockenbahnbreiten axial verschoben. Dadurch wird bei diesem Schaltvorgang direkt von der dritten Nockenbahn 14a auf die erste Nockenbahn 12a geschaltet und die zweite Nockenbahn 13a übersprungen. Beim Schalten mittels der ersten Kulissenbahn 16a wird das Nockenelement 11a um eine Nockenbahnbreite axial verschoben, wodurch bei diesem Schaltvorgang von der dritten Nockenbahn 14a oder der zweiten Nockenbahn 13a auf die in Schaltrichtung benachbart liegende Nockenbahn 13a, 12a geschaltet wird. An, dem jeweiligen Einspursegment 18a, 19a abgewandten, Seiten verlaufen die zwei Schaltsegmente 20a, 21a deckungsgleich. Die Kulissenbahnen 16a, 17a weisen ein gemeinsames Ausspursegment 22a auf, das über die deckungsgleiche Seite der Schaltsegmente 20a, 21a an die beiden Schaltsegmente 20a, 21a angebunden ist. Die Schaltsegmente 20a, 21a beider Kulissenbahnen 16a, 17a münden in das selbe Ausspursegment 22a. Das Ausspursegment 22a weist eine in Drehrichtung abnehmende Tiefe auf.
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Die Verstelleinheit 15a umfasst einen Aktuator 23a, der zur Schaltung des Nockenelements 11a vorgesehen ist. Der Aktuator 23a ist gehäusefest angeordnet. Mittels des Aktuators 23a kann das Nockenelement 11a von der zweiten Nockenbahn 13a direkt auf die dem Volllastbetrieb zugeordnete erste Nockenbahn 12a und von der dritten Nockenbahn 14a direkt auf die dem Volllastbetrieb zugeordnete erste Nockenbahn 12a geschaltet werden. Der Aktuator 23a umfasst zwei ausfahrbare Schaltpins 27a, 28a, die zum Schalten des Nockenelements 11a vorgesehen sind. Der erste Schaltpin 27a und der zweite Schaltpin 28a sind dazu vorgesehen, in das Einspursegment 18a, 19a der ersten Kulissenbahn 16a oder der zweiten Kulissenbahn 17a einzugreifen. Die Schaltpins 27a, 28a sind als verschiebbare Stäbe ausgebildet. Die Schaltpins 27a, 28a sind unabhängig voneinander in einer Schaltrichtung, die senkrecht auf einer Rotationsachse der Nockenwelle 10a steht, verschiebbar. Dabei werden die Schaltpins 27a, 28a über eine nicht näher dargestellte Aktuatorik bewegt. Die Schaltpins 27a, 28a können dabei beispielsweise durch eine Hydraulik oder einen elektromagnetischen Aktuator bewegt werden. In einem eingefahrenen Zustand sind die Schaltpins 27a, 28a in ein Gehäuse des Aktuators 23a eingefahren. In dem eingefahrenen Zustand sind die Schaltpins 27a, 28a in keinem Kontakt zu dem Nockenelement 11a. In einem ausgefahrenen Zustand stehen die Schaltpins 27a, 28a mit dem Nockenelement 11a in Kontakt und greifen zur Verstellung des Nockenelements 11a in eine der Kulissenbahnen 16a, 17a ein. Dabei greifen die Schaltpins 27a, 28a zunächst in das jeweilige Eispursegment 18a, 19a der entsprechenden Kulissenbahn 16a, 17a ein, wo sie durch die zunehmende Tiefe in die Kulissenbahn 16a, 17a gleiten. Über das Schaltsegment 20a, 21a, das eine konstante Tiefe aufweist, üben die Schaltpins 27a, 28a bei Rotation des Nockenelements 11a eine seitliche Kraft auf das Nockenelement 11a aus, wodurch sich dieses axial verschiebt. In dem gemeinsamen Ausspursegment 22a der Kulissenbahnen 16a, 17a werden die Schaltpins 27a, 28a durch die abnehmende Tiefe wieder in ihren eingefahrenen Zustand gedrückt, wohin sie ab einer definierten Tiefe des Ausspursegments 22a automatisch einschnappen.
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Zur Steuerung des Aktuators 23a weist die Kraftfahrzeugventiltriebvorrichtung eine nicht näher dargestellte Steuer- und Regeleinheit auf, die den Aktuator 23a ansteuert. Die Steuer- und Regeleinheit ist dabei auch zur Steuerung anderer Aktuatoren, die zur Schaltung der anderen Nockenelemente der Kraftfahrzeugventiltriebvorrichtung vorgesehen sind, vorgesehen. Zur Schaltung der entsprechenden Nockenelemente 11a sendet die Steuer- und Regeleinheit ein Steuersignal an den entsprechenden Aktuator 23a.
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In der in 1 dargestellten Stellung sind die dritten Nockenbahnen 14a, 26a des Nockenelements 11a mit dem entsprechenden Ventil in Eingriff. Da die dritten Nockenbahnen 14a, 26a einen Nullhub aufweisen werden die entsprechenden Ventile in dem dargestellten Betriebszustand nicht betätigt. Die Brennkraftmaschine befindet sich in einem in 2 dargestellten ersten, kleinsten Lastbetrieb. Zur Schaltung von der dritten Nockenbahn 14a, 26a direkt auf die erste, dem Volllastbetrieb zugeordneten Nockenbahn 12a, 24a wird der erste Schaltpin 27a in seinen ausgefahrenen Zustand geschaltet und greift dabei, durch eine genau getimte Schaltung, in das Einspursegment 19a der zweiten Kulissenbahn 17a ein. Durch die Rotation des Nockenelements 11a dreht sich die zweite Kulissenbahn 17a unter dem Schaltpin 27a weg und durch das Schaltsegment 21a der Kulissenbahn 17a wird das Nockenelement 11a axial auf der Nockenwelle 10a verschoben. Der Schaltpin 27a führt das Nockenelement 11a entlang der zweiten Kulissenbahn 17a und verschiebt das Nockenelement 11a um die Breite von zwei Nockenbahnen. Dadurch wird die zweite Nockenbahn 13a, 25a bei dieser Schaltung übersprungen und von der dritten Nockenbahn 14a, 26a direkt auf die erste Nockenbahn 12a, 24a geschaltet, wodurch die Kraftfahrzeugbrennkraftmaschine von dem kleinsten Lastbetrieb direkt auf den Volllastbetrieb umgeschaltet wird.
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Zur Schaltung von der dritten Nockenbahn 14a, 26a auf die zweite Nockenbahn 13a, 25a wird aus der in 1 dargestellten Stellung der zweite Schaltpin 28a in seinen ausgefahrenen Zustand geschaltet. Dadurch greift der zweite Schaltpin 28a in das Einspursegment 18a der ersten Kulissenbahn 16a ein. Durch den formschlüssigen Eingriff des zweiten Schaltpins 28a in die erste Kulissenbahn 16a wird das Nockenelement 11a durch das schräg verlaufende Schaltsegment um eine Nockenbahnbreite verschoben, wodurch die zweiten Nockenbahnen 13a, 25a die entsprechenden Ventile betätigen.
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Sind die zweiten Nockenbahnen 13a, 25a in Eingriff mit dem entsprechenden Ventil steht der erste Schaltpin 27a über dem Einspursegment 18a der ersten Kulissenbahn 16a. Dadurch kann aus dieser Stellung heraus durch Schalten des ersten Schaltpins 27a in den ausgefahrenen Zustand das Nockenelement 11a geschaltet werden. Wird der erste Schaltpin 27a, während das Einspursegment 18a der ersten Kulissenbahn 16a unter ihm ist, in den ausgefahrenen Zustand geschaltet greift der erste Schaltpin 27a in die erste Kulissenbahn 16a ein und verschiebt das Nockenelement 11a, während sich das Nockenelement 11a weiter dreht, um eine Nockenbahnbreite, wodurch die ersten, dem Volllastbetrieb zugeordneten Nockenbahnen 12a, 24a mit den entsprechenden Ventilen in Eingriff kommen.
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Zur einer Rückschaltung von den ersten Nockenbahnen 12a, 24a auf die zweiten Nockenbahnen 13a, 25a oder zur Rückschaltung von den zweiten Nockenbahnen 13a, 25a auf die dritten Nockenbahnen 14a, 26a weist die Verstelleinheit 15a weitere, nicht näher dargestellte Kulissenbahnen auf. Die nicht näher dargestellten Kulissenbahnen könne beispielsweise um 180 Grad versetzt zu den zwei dargestellten Kulissenbahnen 16a, 17a angeordnet sein. Zur Schaltung von den ersten Nockenbahnen 12a, 24a auf die zweiten oder dritten Nockenbahnen 13a, 14a, 25a, 26a, oder von den zweiten Nockenbahnen 13a, 25a auf die dritten Nockenbahnen 14a, 26a greift einer der Schaltpins 27a, 28a in eine entsprechende, nicht näher dargestellte Kulissenbahn und verstellt das Nockenelement 11a entsprechend. Eine Schaltrichtung der nicht näher dargestellten Kulissenbahnen ist dabei der Schaltrichtung der Schaltsegmente 20a, 21a der zwei dargestellten Kulissenbahnen 16a, 17a entgegengerichtet.
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Auf dem in 2 dargestellten Diagramm ist auf der Abszisse 29a eine Drehzahl der Kraftfahrzeugbrennkraftmaschine und auf der Ordinate 30a eine Last der Kraftfahrzeugbrennkraftmaschine aufgetragen. Die Kraftfahrzeugventiltriebvorrichtung weist, wie in 2 dargestellt, drei verschiedene Betriebsbereiche 31a, 32a, 33a auf. Grundsätzlich ist es natürlich auch denkbar, dass die Kraftfahrzeugventiltriebverstellvorrichtung eine andere, dem Fachmann als sinnvoll erscheinende Anzahl an Betriebsbereichen 31a, 32a, 33a aufweist. Die verschiedenen Betriebsbereiche 31a, 32a, 33a sind einem Last-Drehzahlbereich der Kraftfahrzeugbrennkraftmaschine zugeordnet. Unterhalb einer definierten ersten Drehzahl 34a und unterhalb einer definierten ersten Last 35a befindet sich die Kraftfahrzeugbrennkraftmaschine in dem ersten Betriebsbereich 31a. Der erste Betriebsbereich 31a ist dem niedrigen Teillastbetrieb der Kraftfahrzeugbrennkraftmaschine zugeordnet. Oberhalb der definierten ersten Drehzahl 34a und unterhalb einer zweiten definierten Drehzahl 36a, bzw. oberhalb der ersten definierten Last 35a und unterhalb einer zweiten definierten Last 37a befindet sich die Kraftfahrzeugbrennkraftmaschine in dem zweiten Betriebsbereich 32a. Der zweite Betriebsbereich 32a ist dem mittleren Teillastbetrieb der Kraftfahrzeugbrennkraftmaschine zugeordnet. Und oberhalb der zweiten definierten Last 37a bzw. oberhalb einer zweiten definierten Drehzahl 36a befindet sich die Kraftfahrzeugbrennkraftmaschine in dem dritten Betriebsbereich 33a. Der dritte Betriebsbereich 33a ist dem Volllastbetrieb der Kraftfahrzeugbrennkraftmaschine zugeordnet. In dem entsprechenden Betriebsbereich 31a, 32a, 33a ist jeweils die dem dazugehörigen Teillast- oder Volllastbetrieb zugeordnete Nockenbahn 12a, 13a, 14a, 24a, 25a, 26a mit dem entsprechenden Ventil im Eingriff. Durch Schaltlinien 38a soll dargestellt werden, von welchen Betriebsbereichen 31a, 32a, 33a direkt in welchen Betriebsbereich 31a, 32a, 33a geschaltet werden kann.
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In der 3 ist ein weiteres nicht zur Erfindung gehörendes Ausführungsbeispiel gezeigt. Die nachfolgenden Beschreibungen beschränken sich im Wesentlichen auf die Unterschiede zwischen den Ausführungsbeispielen, wobei bezüglich gleich bleibender Bauteile, Merkmale und Funktionen auf die Beschreibung des Ausführungsbeispiels der 1 und 2 verwiesen werden kann. Zur Unterscheidung der Ausführungsbeispiele ist der Buchstabe a in den Bezugszeichen des Ausführungsbeispiels in den 1 und 2 durch den Buchstaben b in den Bezugszeichen des Ausführungsbeispiels der 3 ersetzt. Bezüglich gleich bezeichneter Bauteile, insbesondere in Bezug auf Bauteile mit gleichen Bezugszeichen, kann grundsätzlich auch auf die Zeichnungen und/oder die Beschreibung des Ausführungsbeispiels der 1 und 2 verwiesen werden.
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3 zeigt eine nicht zur Erfindung gehörende Kraftfahrzeugventiltriebvorrichtung in einem zweiten Ausführungsbeispiel. Die Kraftfahrzeugventiltriebvorrichtung ist Teil einer nicht näher dargestellten Kraftfahrzeugbrennkraftmaschine, die zur Erzeugung einer Antriebsleistung eines Kraftfahrzeugs vorgesehen ist. Die Kraftfahrzeugventiltriebvorrichtung ist zur Betätigung der Ventile der Kraftfahrzeugbrennkraftmaschine vorgesehen. Je Zylinder weist jede Nockenwelle 10b jeweils ein Nockenelement 11b auf. Das dem zweiten Zylinder zugeordnete Nockenelement 11b und das dem dritten Zylinder zugeordnete, nicht näher dargestellte Nockenelement sind gleich ausgebildet, weswegen im Folgenden lediglich das dem zweiten Zylinder zugeordnete Nockenelement 11b näher beschrieben und dargestellt wird. Eine Beschreibung des dem zweiten Zylinder zugeordneten Nockenelements 11b kann dabei zur Erläuterung des dem dritten Zylinder zugeordneten, nicht näher dargestellten Nockenelements herangezogen werden. Das Nockenelement 11b umfasst je Ventil drei Nockenbahnen 12b, 13b, 14b, 24b, 25b, 26b. Dabei sind die drei Nockenbahnen 12b, 13b, 14b zur Betätigung des einen Ventils auf einer ersten Seite des Nockenelements 11b und die drei Nockenbahnen 24b, 25b, 26b zur Betätigung des anderen Ventils des Zylinders auf einer zweiten Seite des Nockenelements 11b angeordnet. Die drei Nockenbahnen 12b, 13b, 14b des Nockenelements 11b zur Betätigung des einen Ventils des Zylinders sind gleich ausgebildet wie die anderen drei Nockenbahnen 24b, 25b, 26b des gleichen Nockenelements 11b zur Betätigung des anderen Ventils des Zylinders, weswegen im Folgenden nur die drei Nockenbahnen 12b, 13b, 14b zur Betätigung des einen Ventils näher beschrieben werden, wobei die folgende Beschreibung auch für die anderen drei Nockenbahnen 24b, 25b, 26b des Nockenelements 11b herangezogen werden kann. Die erste Nockenbahn 12b ist einem Volllastbetrieb der Kraftfahrzeugbrennkraftmaschine zugeordnet. Die zweite Nockenbahn 13b und die dritte Nockenbahn 14b sind jeweils unterschiedlichen Lastbetrieben der Kraftfahrzeugbrennkraftmaschine zugeordnet. Die zweite Nockenbahn 13b ist einem ersten Teillastbetreib der Kraftfahrzeugbrennkraftmaschine zugeordnet. Die dritte Nockenbahn 14b ist einem niedrigen Teillastbetrieb zugeordnete und bildet einen Nullhub aus.
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Im Unterschied zu dem ersten Ausführungsbeispiel aus den 1 und 2 ist die dem Volllastbetrieb zugeordnete erste Nockenbahn 12b zwischen den zwei weiteren Nockenbahnen 13b, 14b angeordnet. Auf einer ersten Seite der dem Volllastbetrieb zugeordneten ersten Nockenbahn 12b ist axial benachbart die dritte Nockenbahn 14b angeordnet. Auf einer, der ersten Seite gegenüberliegenden zweiten Seite der dem Volllastbetrieb zugeordneten ersten Nockenbahn 12b ist axial benachbart die zweite Nockenbahn 13b angeordnet.
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Die Kraftfahrzeugventiltriebvorrichtung umfasst eine Verstelleinheit 15b. Die Verstelleinheit 15b ist dazu vorgesehen die Nockenelemente 11b axial auf der Nockenwelle 10b zu verschieben und in verschiedenen Schaltstellungen zu fixieren, um die Nockenbahnen 12b, 13b, 14b, 24b, 25b, 26b in Eingriff mit den zu betätigenden Ventilen zu bringen. Die Verstelleinheit 15b ist dazu vorgesehen, in einem Betriebszustand von der zweiten Nockenbahn 13b, 25b direkt auf die dem Volllastbetrieb zugeordneten Nockenbahn 12b, 24b und in einem weiteren Betriebszustand direkt von der dritten Nockenbahn 14b, 26b auf die dem Volllastbetrieb zugeordnete erste Nockenbahn 12b, 24b zu schalten. Die Verstelleinheit 15b umfasst einen Aktuator 23b, der wie in dem ersten Ausführungsbeispiel zwei Schaltpins umfasst. Grundsätzlich ist es auch denkbar, dass der Aktuator 23b eine andere Anzahl an ausfahrbaren Schaltpins umfasst. Die Verstelleinheit 15b weist in 3 lediglich angedeutete Kulissenbahnen auf, in die die Schaltpins zur Verstellung des Nockenelements 11b eingreifen. Dabei weisen die Kulissenbahnen Schaltsegmente auf, deren axiale Komponenten jeweils lediglich eine Nockenbahnbreite aufweisen. Dadurch wird bei jedem Schaltvorgang lediglich auf eine benachbarte Nockenbahn 12b, 13b, 14b, 24b, 25b, 26b geschaltet. Durch die Anordnung der Nockenbahnen 12b, 13b, 14b, 24b, 25b, 26b auf dem Nockenelement 11b kann von der zweiten Nockenbahn 13b, 25b und der dritten Nockenbahn 14b, 26b direkt auf die dem Volllastbetrieb zugeordnete erste Nockenbahn 12b, 24b geschaltet werden. Dabei wird das Nockenelement 11b jeweils lediglich um eine Nockenbahnbreite axial verschoben.
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Bezugszeichenliste
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- 10
- Nockenwelle
- 11
- Nockenelement
- 12
- Nockenbahn
- 13
- Nockenbahn
- 14
- Nockenbahn
- 15
- Verstelleinheit
- 16
- Kulissenbahn
- 17
- Kulissenbahn
- 18
- Einspursegment
- 19
- Einspursegment
- 20
- Schaltsegment
- 21
- Schaltsegment
- 22
- Ausspursegment
- 23
- Aktuator
- 24
- Nockenbahn
- 25
- Nockenbahn
- 26
- Nockenbahn
- 27
- Schaltpin
- 28
- Schaltpin
- 29
- Abszisse
- 30
- Ordinate
- 31
- Betriebsbereich
- 32
- Betriebsbereich
- 33
- Betriebsbereich
- 34
- Leistung
- 35
- Drehzahl
- 36
- Leistung
- 37
- Drehzahl
- 38
- Schaltlinien
