DE102012109202B4

DE102012109202B4 - Ventiltrieb einer Brennkraftmaschine

Info

Publication number: DE102012109202B4
Application number: DE102012109202.8A
Authority: DE
Inventors: Joachim Grünberger
Original assignee: Dr Ing HCF Porsche AG
Current assignee: Dr Ing HCF Porsche AG
Priority date: 2012-09-28
Filing date: 2012-09-28
Publication date: 2024-03-21
Anticipated expiration: 2032-09-29
Also published as: DE102012109202A1

Abstract

Ventiltrieb einer Brennkraftmaschine mit einer Nockenwelle (1) mit Nocken zur Betätigung von Gaswechselventilen, von denen mindestens ein Nocken mit mehreren axial hintereinander angeordneten Nockenbahnen versehen und drehfest aber axialverschieblich auf der Nockenwelle (1) geführt ist, und mit einem mit dem Nocken in Verbindung stehenden Hubprofil, das mit einem Betätigungselement zum Verschieben des Nockens zusammenwirkt, sowie mit einem Rastmittel, das den Nocken in seiner jeweiligen axialen Wirkstellung verrastet, wobei als Rastmittel ein im Zylinderkopf (Z) der Brennkraftmaschine gelagertes, in Richtung auf die Nockenwelle (1) schraubendruckfederbelastet (Schraubendruckfeder 8) verschiebliches Kugeldruckstück (6) angeordnet ist, dessen kugeliges Ende (7) mit Rasteinbuchtungen (9.1, 9.2) einer in einer im Zylinderkopf (Z) ausgebildeten Gleitbahn (5) verschieblich gelagerten, über eine mit einem nockentragenden Nockenverschiebestück (2) verschieblich verbundene Arretier-Verstellbuchse (3) achsparallel zur Nockenwelle (1) angeordneten Arretierleiste (9) verrastend zusammenwirkt, dadurch gekennzeichnet, dass ein Niederhalteblech (12) vorgesehen ist, das die Arretierleiste (9) gegen den auf sie über das kugelige Ende (7) des Kugeldruckstücks (6) einwirkenden Druck der Schraubendruckfeder (8) in Funktionsposition an der Gleitbahn (5) im Zylinderkopf (Z) positioniert.

Description

Die Erfindung betrifft einen Ventiltrieb einer Brennkraftmaschine mit einer Nockenwelle mit Nocken zur Betätigung von Gaswechselventilen, von denen mindestens ein Nocken mit mehreren axial hintereinander angeordneten Nockenbahnen versehen und drehfest aber axialverschieblich auf der Nockenwelle geführt ist, und mit einem mit dem Nocken in Verbindung stehenden Hubprofil, das mit einem Betätigungselement zum Verschieben des Nockens zusammenwirkt, sowie mit einem Rastmittel, das den Nocken in seiner jeweiligen axialen Wirkstellung verrastet.
Zur Verbesserung der thermodynamischen Eigenschaften von Brennkraftmaschinen sind aus dem Stand der Technik Vorrichtungen bekannt, über die das Arbeitsspiel des Ventiltriebs beeinflusst werden kann, um beispielsweise eine drehzahlabhängige Veränderung der Öffnungszeiten oder des Hubs der Gaswechselventile zu ermöglichen. Üblicherweise ist dazu auf einer Nockenwelle ein Nockenblock mit zwei oder mehreren unterschiedlichen Nockenbahnen drehfest aber axialverschieblich über eine Außenverzahnung auf der Nockenwelle und eine Innenverzahnung im Nockenblock angeordnet. Der Nockenblock wirkt mit einem Gaswechselventil der Brennkraftmaschine zusammen. Je nach Arbeitsstellung des Nockenblocks wird ein unterschiedlicher Hubverlauf der unterschiedlichen Nockenbahnen auf das Gaswechselventil übertragen. Dazu ist z.B. im Bereich einer der beiden Stirnseiten des Nockenblocks in die Nockenwelle eine spiralförmige Führungsnut eingearbeitet, in die ein federbelasteter Schwenkbügel eingreifen kann. Dieser Schwenkbügel legt sich beim Eingreifen in die Spiralnut in Abhängigkeit von der Drehstellung der Nockenwelle an der Stirnseite des Nockenblocks an. Dadurch wird dieser gegen die Wirkung einer Druckfeder durch die Zwangsführung in der Führungsnut in Axialrichtung bewegt, so dass eine Verstellung von einer Nockenbahn in eine andere Nockenbahn erfolgen kann. Beim jeweiligen Erreichen einer solchen Arbeitsstellung des Nockenblocks muss dieser durch eine Arretiervorrichtung präzise festgelegt werden.
Derartige Arretiervorrichtung sind ebenfalls aus dem Stand der Technik bekannt. So zeigt z.B. die EP 0 798 451 B1 eine Arretiervorrichtung, bei der in eine zylindrische Bohrung in der Nockenwelle eine druckfederbelastete Rastkugel eingesetzt ist, die in jeweils eine Rastnut im Nockenträger diesen verrastend eingreift, um die jeweilige Funktionsstellung der unterschiedlichen Nocken zu sichern.
Aus der DE 10 2007 010 150 A1 ist eine alternative Lösung für eine Arretiervorrichtung bekannt, bei der die Arretiervorrichtung, wiederum mit einer druckfederbelasteten Kugel arbeitend, ortsfest im Gehäuse der Brennkraftmaschine angeordnet ist. Mit der druckfederbelasteten Kugel wirken wiederum Rasteinbuchtungen zusammen, die am Umfang einer separaten Lagerbuchse angeordnet sind. Die Lagerbuchse ist als separates Bauteil zusammen mit dem Nockenträger verschiebbar auf der Nockenwelle gelagert.
Eine weitere Arretierungslösung ist aus der DE 10 2007 022 145 A1 bekannt. Mit einer ein federbelastetes Druckstück aufweisenden Arretierleiste wirken in einem Einsatzteil ausgebildete Rastkonturen zusammen; das Einsatzteil ist als separates Bauteil im axial verschieblichen Nockenträger angeordnet.
Eine weitere Arretierungsvorrichtung ist aus der DE 10 2007 027 979 A1 bekannt. Dabei sind auf dem axialverschieblichen, die Nocken tragenden Nockenstück mit Rastkonturen versehene Rastleisten montiert, die mit einer druckfederbelasteten Rastkugel beaufschlagt werden.
Die DE 10 2011 001 625 A1 offenbart ein Ventiltrieb einer Brennkraftmaschine mit einer Nockenwelle mit Nocken zur Betätigung von Gaswechselventilen, von denen mindestens ein Nocken mit mehreren axial hintereinander angeordneten Nockenbahnen versehen und drehfest aber axialverschieblich auf der Nockenwelle geführt ist, und mit einem mit dem Nocken in Verbindung stehenden Hubprofil, das mit einem Betätigungselement zum Verschieben des Nockens zusammenwirkt, sowie mit einem Rastmittel, das den Nocken in seiner jeweiligen axialen Wirkstellung verrastet, wobei als Rastmittel ein im Zylinderkopf der Brennkraftmaschine gelagertes schraubendruckfederbelastet verschiebliches Kugeldruckstück angeordnet ist. Die Druckschrift DE 10 2011 052 912 A1 offenbart eine ähnliche Anordnung.
Allen aus dem Stand der Technik bekannt gewordenen Arretiervorrichtungen gemeinsam ist, dass sie zur Sicherstellung der Funktion mit minimalen Fertigungstoleranzen gefertigt werden müssen. Ferner ist der bauliche Aufwand beachtlich und zum Teil unterliegen die Bauteile aufgrund ihrer Anordnung unterschiedlicher thermischer Belastung, was sich unter Umständen ungünstig auf die Funktion auswirken kann. Die Einbringung von z.B. Bohrungen in die Nockenwelle selbst und damit deren Querschnittsveränderung bzw. -schwächung sollte in Hinblick auf die hohe Belastung dieses Bauteils im Betrieb möglichst vermieden werden.
Der Erfindung lag deshalb die Aufgabe zu Grunde, eine hinsichtlich der einzuhaltenden Fertigungstoleranzen und hinsichtlich des Montageaufwandes möglichst einfache Konstruktion einer Arretiervorrichtung für eine Nockenwellenverstellung bei gleichzeitig hoher Funktionssicherheit, d.h. Sicherstellung der korrekten Positionierung der Nocken, anzubieten.
Diese Aufgabe wird nach der Erfindung mit den Merkmalen von Anspruch 1 gelöst.
Dabei ist vorgesehen, dass als Rastmittel ein im Zylinderkopf der Brennkraftmaschine gelagertes, in Richtung auf die Nockenwelle Schraubendruckfeder-belastet verschiebliches Kugeldruckstück angeordnet ist, dessen kugeliges Ende mit Rasteinbuchtungen einer in einer im Zylinderkopf ausgebildeten Gleitbahn verschiebbar gelagerten, über eine mit einem den Nocken tragenden Nockenverschiebestück verschieblich verbundene Arretier-Verstellbuchse achsparallel zur Nockenwelle angeordneten Arretierleiste verrastend zusammenwirkt.
Eine derartige Konstruktion bietet neben hoher Funktionssicherheit aufgrund ihres einfachen Aufbaus eine Reduzierung der bewegten Massen in Zusammenhang mit der Nockenwellenumdrehung und damit eine Erhöhung der maximalen Schaltdrehzahl. Ferner erlaubt diese Konstruktion eine sehr exakte Positionierung und aufgrund ihrer Anordnung sind Einflüsse wegen einer thermischen Ausdehnung der Bauteile weitgehend eliminiert.
Außerdem sind durch den äußerst einfachen Aufbau der Arretiervorrichtung die Anforderungen an Fertigungsgüte bzw. Fertigungstoleranzen relativ gering.
In einer bevorzugten Weitergestaltung des Gegenstandes der Erfindung ist die mindestens eine umlaufende Führungsnut aufweisende, mit mindestens einem Führungsansatz an der Arretierleiste zusammenwirkende Arretier-Verstellbuchse kreiszylindrisch ausgeformt und zusammen mit dem Nockenverschiebestück drehfest axialverschieblich auf der Nockenwelle gelagert und endseitig mit je einem zylindrischen Bund versehen, zwischen denen die Arretierleiste formschlüssig positionierbar ist.
Zur Montagevereinfachung ist ein, insbesondere eine die Arretierleiste formschlüssig umgreifende Nut aufweisendes, Niederhalteblech vorgesehen, das die Arretierleiste gegen den auf sie über das kugelige Ende des Kugeldruckstücks einwirkenden Druck der Schraubendruckfeder in Funktionsposition an der Gleitbahn im Zylinderkopf positioniert.
Vorzugsweise weist die Arretierleiste jeweils stirnseitig vorstehend angeformte Endanlageflächen auf, die zur formschlüssigen Anlage an den endseitigen Bünden der Arretier-Verstellbuchse weitgehend toleranzfrei geführt anliegen.
Weitere Vorteile und bevorzugte Ausgestaltungen des Gegenstandes der Erfindung ergeben sich aus der nachfolgenden Beschreibung eines Ausführungsbeispiels in Zusammenhang mit der Darstellung in der Zeichnung.
Es zeigt:

1 eine Explosionsdarstellung der Bauteile einer Arretiervorrichtung für eine Nockenwellenverstellung nach der Erfindung;
2 die Arretiervorrichtung nach der Erfindung im Wirkeingriff und
3 eine schematische Darstellung einer Arretiervorrichtung nach der Erfindung zur Erläuterung von Aufbau und Wirkungsweise.

In der explosionsartigen Darstellung nach 1 ist mit 1 eine mit einer Außenverzahnung versehene Nockenwelle bezeichnet, auf der unverdrehbar axialverschieblich über eine mit der Außenverzahnung der Nockenwelle 1 zusammenwirkende Innenverzahnung ein nockentragendes Nockenverschiebestück 2 gelagert ist. Mit dem Nockenverschiebestück 2 ist eine zylindrische Arretier-Verstellbuchse 3 ebenfalls unverdrehbar, aber axialverschieblich auf der Nockenwelle 1 zusammen mit dem Nockenverschiebestück 2 gelagert. Die Arretier-Verstellbuchse 3 weist endseitig jeweils einen umlaufenden Bund 3.1 und 3.2 auf.
Auf einen speziell ausgeformten Teil des Zylinderkopfs Z, im Folgenden als Dom 4 bezeichnet, ist eine Gleitbahn 5 eingefräst. In eine in etwa zentrale Bohrung in der Gleitbahn 5 ist ein Kugeldruckstück 6 mit einem freien kugeligen Ende 7 axialverschieblich unter Wirkung einer Schraubendruckfeder 8 eingesetzt. Im montierten Zustand in die Gleitbahn 5 verschieblich eingesetzt ist eine Arretierleiste 9, die mit mehreren Rasteinbuchtungen 9.1, 9.2 versehen ist. Diese Rasteinbuchtungen 9.1, 9.2 wirken zusammen mit dem kugeligen Ende 7 des Kugeldruckstücks 6.
Jeweils endseitig an der Arretierleiste 9 sind Endanlageflächen 10 bzw. 11 zur formschlüssigen Anlage an den einander zugewandten Innenflächen von Bund 3.1 bzw. 3.2 der Arretier-Verstellbuchse 3 angeformt.
Zur Vereinfachung der Montage der Arretiervorrichtung findet ein Niederhalteblech 12 bevorzugt Anwendung, das mit einer die Arretierleiste 9 seitlich formschlüssig umgebenden Nut 13 die Arretierleiste 9 in der Gleitbahn 5 verschieblich führend umfasst. Das Niederhalteblech 12 kann am Dom 4 des Zylinderkopfes im montierten Zustand angeschraubt, angeklippst o.ä. befestigt werden.
In 2 ist die Arretiervorrichtung nach 1 im montierten Zustand gezeigt: Über den Druck der Schraubendruckfeder 8 wird das kugelige Ende 7 des Kugeldruckstücks 6 in einer der Rasteinbuchtungen, z.B. in Rasteinbuchtung 9.1 der verschieblichen Arretierleiste 9 positioniert. Die Endanlageflächen 10 bzw. 11 der Arretierleiste 9 liegen formschlüssig an den einander zugewandten Innenflächen von Bund 3.1 bzw. Bund 3.2 der Arretier-Verstellbuchse 3 an. Mit der Axialverschiebung des Nockenverschiebestücks 2 und der mit diesem in Verbindung stehenden Arretier-Verstellbuchse 3 auf der Nockenwelle 1 wird über die seitlich an den Rasteinbuchtungen 9.1 bzw. 9.2 angeformten Anlauframpen für das kugelige Ende 7 des Kugeldruckstücks 6 eine Verschiebung von einer ersten Position in weitere Positionen und in Verbindung damit die Wirkung unterschiedlich ausgestalteter Nocken zum Einsatz gebracht.
Die Endlagen der Arretierleiste 9 in Bezug auf den Dom 4 am Zylinderkopf der Brennkraftmaschine können durch Ansätze 14 bzw. 15 endseitig an der Arretierleiste 9 erreicht werden, die in der jeweiligen Endstellung ihrer seitlichen Verschiebung an Flächen am aus der Bohrung herausragenden Ende des Kugeldruckstücks 6 zur Anlage kommen.
Bezugszeichenliste

Z: Zylinderkopf
1: Nockenwelle
2: Nockenverschiebestück
3: Arretier-Verstellbuchse
3.1: Bund an Arretier-Verstellbuchse
3.2: Bund an Arretier-Verstellbuchse
4: Dom an Z
5: Gleitbahn
6: Kugeldruckstück
7: Kugeliges Ende von 6
8: Schraubendruckfeder
9: Arretierleiste
9.1: Rasteinbuchtungen
9.2: Rasteinbuchtungen
10: Endanlagefläche
11: Endanlagefläche
12: Niederhalteblech
13: Nut in Niederhalteblech
14: Ansatz an 9
15: Ansatz an 9

Claims

Ventiltrieb einer Brennkraftmaschine mit einer Nockenwelle (1) mit Nocken zur Betätigung von Gaswechselventilen, von denen mindestens ein Nocken mit mehreren axial hintereinander angeordneten Nockenbahnen versehen und drehfest aber axialverschieblich auf der Nockenwelle (1) geführt ist, und mit einem mit dem Nocken in Verbindung stehenden Hubprofil, das mit einem Betätigungselement zum Verschieben des Nockens zusammenwirkt, sowie mit einem Rastmittel, das den Nocken in seiner jeweiligen axialen Wirkstellung verrastet, wobei als Rastmittel ein im Zylinderkopf (Z) der Brennkraftmaschine gelagertes, in Richtung auf die Nockenwelle (1) schraubendruckfederbelastet (Schraubendruckfeder 8) verschiebliches Kugeldruckstück (6) angeordnet ist, dessen kugeliges Ende (7) mit Rasteinbuchtungen (9.1, 9.2) einer in einer im Zylinderkopf (Z) ausgebildeten Gleitbahn (5) verschieblich gelagerten, über eine mit einem nockentragenden Nockenverschiebestück (2) verschieblich verbundene Arretier-Verstellbuchse (3) achsparallel zur Nockenwelle (1) angeordneten Arretierleiste (9) verrastend zusammenwirkt, dadurch gekennzeichnet, dass ein Niederhalteblech (12) vorgesehen ist, das die Arretierleiste (9) gegen den auf sie über das kugelige Ende (7) des Kugeldruckstücks (6) einwirkenden Druck der Schraubendruckfeder (8) in Funktionsposition an der Gleitbahn (5) im Zylinderkopf (Z) positioniert.
Ventiltrieb einer Brennkraftmaschine nach Anspruch 1, dadurch gekennzeichnet, dass die Arretierleiste (9) jeweils stirnseitig vorstehend angeformte Endanlageflächen (10, 11) zur formschlüssigen Anlage am Bund (3.1 bzw. 3.2) aufweist.
Ventiltrieb einer Brennkraftmaschine nach Anspruch 1 oder 2, dadurch gekennzeichnet, dass die Arretierleiste (9) jeweils stirnseitig vorstehend angeformte Ansätze (14; 15) zur Bestimmung der Endposition der verschieblichen Arretierleiste (9) in der Gleitbahn (5) aufweist.