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Die Erfindung betrifft eine Ventiltriebvorrichtung mit einer Nockenwellenvorrichtung sowie einen Aktuator für eine solche Ventiltriebvorrichtung und ein Verfahren zum Betrieb einer solchen Ventiltriebvorrichtung.
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Es sind bereits Ventiltriebvorrichtungen mit einer Nockenwellenvorrichtung mit zumindest einem Nockenelement, das für eine Ventilhubumschaltung zu einer axialen Verschiebung vorgesehen ist, und das zur Verschiebung zumindest eine Kulissenbahn aufweist, die zumindest ein Schaltsegment aufweist, und die in zumindest einem Teilbereich zur Verzögerung des Nockenelements vorgesehen ist, und mit einem Aktuator bekannt.
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Der Erfindung liegt insbesondere die Aufgabe zugrunde, Betrieb und Herstellung einer Ventiltriebvorrichtung mit einer schaltbaren Nockenwellenvorrichtung zu vereinfachen. Sie wird durch eine erfindungsgemäße Nockenwellenvorrichtung entsprechend dem Anspruch 1 und einem Aktuator entsprechend dem Anspruch 5 sowie ein Verfahren entsprechend dem Anspruch 8 gelöst. Weiterbildungen der Erfindung ergeben sich aus den abhängigen Ansprüchen.
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Die Erfindung geht aus von einer Nockenwellenvorrichtung mit zumindest einem Nockenelement, das für eine Ventilhubumschaltung zu einer axialen Verschiebung vorgesehen ist, und das zur Verschiebung zumindest eine Kulissenbahn aufweist, die zumindest ein Schaltsegment aufweist, und in zumindest einem Teilbereich zur Verzögerung des Nockenelements vorgesehen ist.
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Es wird vorgeschlagen, dass die Kulissenbahn in dem Teilbereich zur Verzögerung des Nockenelements zumindest einen ansteigenden Kulissengrund aufweist. Dadurch kann das Nockenelement mittels des zur Verzögerung vorgesehenen Teilbereichs besonders vorteilhaft und schnell abgebremst werden, sodass die Kulissenbahn besonders vorteilhaft kurz ausgebildet werden kann. Durch die kurz ausgebildete Kulissenbahn kann die Nockenwellenvorrichtung besonders kostengünstig hergestellt werden. 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 „Nockenwelle” soll dabei insbesondere eine Welle verstanden werden, die zur Betätigung eines oder mehrerer Ventile einer Kraftfahrzeugbrennkraftmaschine vorgesehen ist und zur Betätigung eines Ventils jeweils zumindest eine Nockenbahn 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. Grundsätzlich ist es auch denkbar, dass die Nockenwelle als kombinierte Ein- Auslassnockenwelle ausgebildet und dazu vorgesehen ist, zumindest ein Ein- und zumindest ein Auslassventil zu betätigen. Unter einer „axialen Verschiebung” soll dabei insbesondere entlang einer Verschiebeachse, die insbesondere koaxial zu einer Hauptrotationsachse der Nockenwelle liegt, um die die Nockenwelle während eines Betriebs rotiert, verschoben verstanden werden, wodurch insbesondere eine axiale Position des Nockenelements auf der Nockenwelle verstellt werden kann. 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. Unter „eingreifen” soll dabei insbesondere in einen formschlüssigen Kontakt treten verstanden werden, wobei insbesondere der Schaltpin in zwei axialen Richtungen formschlüssig mit der Kulissenbahn in Kontakt tritt. Unter „vorgesehen” soll insbesondere speziell ausgelegt und/oder ausgestattet verstanden werden. 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. Unter einem „zur Verzögerung vorgesehenen Teilbereich” soll dabei insbesondere ein Teilbereich der Kulissenbahn verstanden werden, der durch seine geometrischen Eigenschaften, wie beispielsweise durch seinen Verlauf, das Nockenelement, während der Schaltpin in dem Teilbereich in Eingriff ist, in Schaltrichtung verzögert. Unter einer „Verzögerung des Nockenelements” soll dabei insbesondere eine Verzögerung des Nockenelements in Schaltrichtung am Ende der axialen Verschiebung des Nockenelements verstanden werden.
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Weiter wird vorgeschlagen, dass die zumindest eine Kulissenbahn zumindest ein Ausspursegment umfasst, das überlappend mit dem Teilbereich zur Verzögerung des Nockenelements ausgebildet ist. Dadurch kann der Teilbereich zur Verzögerung besonders vorteilhaft in das Ausspursegment integriert werden und so die Kulissenbahn besonders vorteilhaft kurz ausgebildet werden. 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.
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Zudem wird vorgeschlagen, dass die zumindest eine Kulissenbahn in einem mit dem Teilbereich zur Verzögerung des Nockenelements überlappenden Bereich des Ausspursegments den in Radialrichtung ansteigenden Kulissengrund und eine in Schaltrichtung abnehmende Komponente aufweist. Dadurch können das Ausspursegment und der zur Verzögerung vorgesehene Teilbereich besonders vorteilhaft ausgebildet werden.
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Des Weiteren wird vorgeschlagen, dass der Kulissengrund in dem zur Verzögerung vorgesehenen Teilbereich eine Erhebung ausbildet. Dadurch kann der zur Verzögerung vorgesehene Teilbereich besonders vorteilhaft kurz und insbesondere kürzer als ein zur Beschleunigung vorgesehener Teilbereich der Kulissenbahn ausgebildet werden. Unter einer „Erhebung” soll dabei insbesondere eine Anhebung des Kulissengrunds über eine definierte Länge verstanden werden, wobei der Kulissengrund im Bereich der Erhebung von seiner niedersten Ebene bis auf eine Plateauebene der Erhebung ansteigt, über die definierte Länge eben zu der Plateauebene verläuft und dann von der Plateauebene wieder auf die niederste Ebene des Kulissengrunds absinkt. Es ist ebenso denkbar, dass die Erhebung nicht eben und damit nicht plateauartig ausgeführt ist.
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Ferner wird erfindungsgemäß ein Aktuator mit zumindest einem Schaltpin, der zur axialen Verstellung eines Nockenelements dazu vorgesehen ist, in eine Kulissenbahn des Nockenelements einzugreifen, und in zumindest einem Betriebszustand zur Verzögerung des Nockenelements gegen eine Bremsfläche, wie beispielsweise einen Kulissengrund des Nockenelements, gedrückt zu werden, vorgeschlagen. Damit wird eine besonders kostengünstige Verzögerungseinheit geschaffen.
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Ebenso wird erfindungsgemäß ein Aktuator mit einer Steuer- und/oder Regeleinheit vorgeschlagen, die dazu vorgesehen ist, den Schaltpin zumindest in einem für eine Verzögerung vorgesehenen Teilbereich der Kulissenbahn aktiv gegen eine Bremsfläche, wie beispielsweise den Kulissengrund, zu drücken. Dadurch kann ein Nockenelement mittels des Aktuators besonders schnell in axialer Richtung verzögert werden und eine Kulissenbahn des Nockenelements dadurch besonders vorteilhaft kurz ausgebildet werden. Unter „aktiv gegen den Kulissengrund drücken” soll dabei insbesondere verstanden werden, dass der Schaltpin des Aktuators mit einer Gegenkraft beaufschlagt wird, die den Schaltpin gegen eine Bremsfläche, wie beispielsweise den Nutgrund, drückt. Durch eine Variation der Gegenkraft kann die Verzögerungswirkung an wechselnde Betriebs- und/oder Umgebungsbedingungen angepasst werden. Unter einer ”Steuer- und/oder Regeleinheit” soll insbesondere eine Einheit mit zumindest einem Steuergerät verstanden werden. Unter einem ”Steuergerät” soll insbesondere eine Einheit mit einer Prozessoreinheit und mit einer Speichereinheit sowie mit einem in der Speichereinheit gespeicherten Betriebsprogramm verstanden werden. Grundsätzlich kann die Steuer- und/oder Regeleinheit mehrere untereinander verbundene Steuergeräte aufweisen, die vorzugsweise dazu vorgesehen sind, über ein Bus-System, wie insbesondere ein CAN-Bus-System, miteinander zu kommunizieren.
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Ferner wird eine Ventiltriebvorrichtung mit einer Nockenwellenvorrichtung und/oder einem Aktuator vorgeschlagen. Dadurch kann eine Ventiltriebvorrichtung besonders einfach und vorteilhaft ausgebildet werden.
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Zudem wird ein Verfahren für eine Ventiltriebvorrichtung für eine Brennkraftmaschine, mit einer Nockenwellenvorrichtung, die zumindest ein Nockenelement, das für eine Ventilhubumschaltung zu einer axialen Verschiebung vorgesehen ist und dazu eine Kulissenbahn aufweist, die zumindest ein Schaltsegment umfasst, und zumindest in einem Teilbereich zur Verzögerung des Nockenelements vorgesehen ist, und mit einem Aktuator, der zum Verschieben des Nockenelements zumindest einen Schaltpin umfasst, der zur Verschiebung des Nockenelements in die Kulissenbahn eingreift, vorgeschlagen, wobei das Nockenelement durch einen reibschlüssigen Kontakt des Schaltpins mit einer Bremsfläche, wie beispielsweise dem ansteigenden Kulissengrund, des Teilbereichs zur Verzögerung des Nockenelements und/oder durch aktives drücken des Schaltpins auf den Kulissengrund verzögert wird.
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Dadurch kann das Nockenelement besonders vorteilhaft und schnell axial verschoben werden.
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Weitere Vorteile ergeben sich aus der folgenden Figurenbeschreibung. In den Figuren sind drei Ausführungsbeispiele der Erfindung dargestellt. 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:
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1 eine schematische Darstellung einer erfindungsgemäßen Ventiltriebvorrichtung mit einer Nockenwellenvorrichtung und einem Aktuator in einem ersten Ausführungsbeispiel,
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2 eine schematische Abwicklung einer Kulissenbahn der Nockenwellenvorrichtung,
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3 eine schematische Abwicklung einer Kulissenbahn einer Nockenwellenvorrichtung und ein Aktuator in einem zweiten Ausführungsbeispiel und
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4 eine schematische Abwicklung einer Kulissenbahn einer Nockenwellenvorrichtung und ein Aktuator in einem dritten Ausführungsbeispiel.
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Die 1 und 2 zeigen eine erfindungsgemäße Ventiltriebvorrichtung. Die Ventiltriebvorrichtung ist Teil einer nicht näher dargestellten Brennkraftmaschine für ein Kraftfahrzeug. Die Brennkraftmaschine ist zur Erzeugung einer Antriebsenergie für das Kraftfahrzeug vorgesehen. Die Brennkraftmaschine umfasst eine dem Fachmann als sinnvoll erscheinende Anzahl an Zylindern. Die Brennkraftmaschine weist je Zylinder zwei als Einlassventile ausgebildete Ventile und zwei als Auslassventile ausgebildete Ventile auf. Grundsätzlich ist es auch denkbar, dass die Brennkraftmaschine je Zylinder eine andere, dem Fachmann als sinnvoll erscheinende Anzahl an Ventilen aufweist. Die Ventiltriebvorrichtung umfasst zur Betätigung der Ventile eine Nockenwellenvorrichtung 23a, die zur Betätigung der als Einlassventile ausgebildeten Ventile eine als Einlassnockenwelle ausgebildete Nockenwelle 25a und zur Betätigung der als Auslassventile ausgebildeten Ventile eine nicht näher dargestellte, als Auslassnockenwelle ausgebildete Nockenwelle aufweist. Je Zylinder weist die Nockenwellenvorrichtung 23a jeweils ein Nockenelement 10a auf. Die Nockenelemente 108 sind dabei axial verschiebbar auf der entsprechenden Nockenwelle 25a gelagert. Dabei sind die Nockenelemente 10a drehfest auf der entsprechenden Nockenwelle 25a angeordnet. Im Folgenden sollen lediglich die als Einlassnockenwelle ausgebildete Nockenwelle 25a und ein darauf angeordnetes Nockenelement 10a beschrieben werden. Die Beschreibung der als Einlassnockenwelle ausgebildeten Nockenwelle 25a und des auf ihr angeordneten Nockenelements 10a kann auch zur Erläuterung der restlichen Nockenelemente und der als Auslassnockenwelle ausgebildeten Nockenwelle und der darauf angeordneten Nockenelemente herangezogen werden.
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Die Nockenelemente 10a umfassen je zu betätigendem Ventil zwei Nockenbahnen 26a, 27a. Die ersten Nockenbahnen 26a sind einem ersten Betriebsbereich und die zweiten Nockenbahnen 27a einem zweiten Betriebsbereich der Kraftfahrzeugbrennkraftmaschine zugeordnet. Die zweiten Nockenbahnen 27a weisen dabei beispielsweise eine größere Erhebung auf als die ersten Nockenbahnen 26a und lösen dadurch bei dem entsprechenden Ventil eine größere Ventilerhebung aus. Die Ventiltriebvorrichtung ist dazu vorgesehen, die Nockenelemente 10a zwischen den ersten Nockenbahnen 26a und den zweiten Nockenbahnen 27a umzuschalten, wobei jeweils die ersten Nockenbahnen 26a oder die zweiten Nockenbahnen 27a eines Nockenelements 10a mit dem entsprechenden Ventil in Eingriff sind und dieses betätigen. Das Nockenelement 10a weist zwei Schaltstellungen auf. In den zwei Schaltstellungen weist das Nockenelement 10a jeweils eine unterschiedliche axiale Stellung auf der Nockenwelle 25a auf. In einer ersten Schaltstellung des Nockenelements 10a sind die ersten Nockenbahnen 26a in Eingriff und betätigen das entsprechende Ventil. In einer zweiten Schaltstellung des Nockenelements 10a sind die zweiten Nockenbahnen 27a in Eingriff und betätigen das entsprechende Ventil. Grundsätzlich ist es auch denkbar, dass die Nockenelemente 10a je zu betätigendem Ventil eine andere Anzahl an Nockenbahnen 26a, 27a aufweisen. Ebenso ist es denkbar, dass die Nockenwelle mit einer oder mehreren Nockenbahnen mehr als ein, also insbesondere zwei oder auch mehr Ventile, betätigt. Grundsätzlich ist es ebenfalls denkbar, dass die Nockenelemente 10a jeweils lediglich Nockenbahnen 26a, 27a zur Betätigung eines Ventils aufweisen. Aus Übersichtlichkeitsgründen werden im Folgenden lediglich das Nockenelement 10a und dessen Nockenbahnen 26a, 27a zur Betätigung eines Ventils näher beschrieben und dargestellt. Die folgende Beschreibung ist dabei auch für die restlichen Nockenelemente der Brennkraftmaschine gültig und kann zu deren Erläuterung herangezogen werden.
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Das Nockenelement 10a weist zur axialen Verschiebung auf der Nockenwelle 25a eine erste Kulissenbahn 12a auf. Über die erste Kulissenbahn 12a kann das Nockenelement 10a von seiner ersten Schaltstellung in seine zweite Schaltstellung geschaltet werden. Das Nockenelement 10a weist eine zweite, nicht näher dargestellte Kulissenbahn auf, die zur Verschiebung des Nockenelements 10a von der zweiten Schaltstellung in die erste Schaltstellung vorgesehen ist. Die Kulissenbahnen 12a sind dabei an einem Umfang des Nockenelements 10a zwischen den Nockenbahnen 26a, 27a zur Betätigung des einen Ventils und den Nockenbahnen zur Betätigung des anderen Ventils angeordnet. Grundsätzlich können die Kulissenbahnen auch an anderen Stellen angeordnet sein. Die Kulissenbahnen 12a weisen dabei jeweils teilweise eine S-Form auf. Dabei sind die Kulissenbahnen 12a im wesentlichen äquivalent zueinander ausgebildet, wobei die Kulissenbahnen 12a jeweils einander entgegengesetzte Schaltrichtungen aufweisen, weswegen im Folgenden lediglich die erste Kulissenbahn 12a beschrieben wird, wobei zur Erläuterung der zweiten nicht näher dargestellten Kulissenbahn die folgende Beschreibung herangezogen werden kann.
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Die Kulissenbahn 12a weist ein Einspursegment 28a auf. Das Einspursegment 28a der Kulissenbahn 12a verläuft in Umfangsrichtung und steht zumindest teilweise im Wesentlichen orthogonal zu einer Haupterstreckungsrichtung des Nockenelements 10a. In einem Bereich des Einspursegments 28a weist die Kulissenbahn 12a in Drehrichtung des Nockenelements 10a eine kontinuierlich zunehmende Tiefe auf. Die Kulissenbahn 12a weist einen Kulissengrund 18a auf, der im Bereich des Einspursegments 28a in Drehrichtung des Nockenelements 10a von seiner höchsten Ebene 29a bis auf seine niedrigste Ebene 30a verläuft. Die Kulissenbahn 12a weist ein Schaltsegment 14a auf. Das Schaltsegment 14a weist zusätzlich zu der in Umfangsrichtung verlaufenden Komponente eine in Schaltrichtung, parallel zu einer Haupterstreckungsrichtung des Nockenelements 10a verlaufende Komponente auf. Das Schaltsegment 14a verläuft dabei schräg zu der Umfangsrichtung des Nockenelements 10a und dem Einspursegment 28a. Dabei weist das Schaltsegment 14a einen Teilbereich 31a zur Beschleunigung des Nockenelements 10a und einen Teilbereich 16a zur Verzögerung des Nockenelements 10a auf. In dem zur Beschleunigung des Nockenelements 10a vorgesehenen Teilbereich 31a der Kulissenbahn 12a nimmt die in Schaltrichtung verlaufende Komponente sukzessive zu. Dabei ist der zur Beschleunigung des Nockenelements 10a vorgesehene Teilbereich 31a dazu vorgesehen, das Nockenelement 10a axial in der Schaltrichtung zu beschleunigen. In dem zur Verzögerung des Nockenelements 10a vorgesehenen Teilbereich 16a der Kulissenbahn 12a nimmt die in Schaltrichtung verlaufende Komponente sukzessive ab. Dabei ist der zur Verzögerung des Nockenelements 10a vorgesehene Teilbereich 16a dazu vorgesehen, das Nockenelement 10a axial in der Schaltrichtung zu verzögern und eine Axialbewegung des Nockenelements 10a zumindest teilweise zu stoppen. Dabei geht der Teilbereich 31a zur Beschleunigung des Nockenelements 10a unmittelbar in den Teilbereich 16a zur Verzögerung des Nockenelements 10a über. Grundsätzlich ist es auch denkbar, dass zwischen dem Teilbereich 31a zur Beschleunigung des Nockenelements 10a und dem Teilbereich 16a zur Verzögerung des Nockenelements 10a ein weiterer Teilbereich angeordnet ist, in dem beispielsweise die in Schaltrichtung verlaufende Komponente der Kulissenbahn 12a konstant ist. Die Kulissenbahn 12a weist ein Ausspursegment 19a auf. Das Schaltsegment 14a der Kulissenbahn 12ea mündet in das Ausspursegment 19a. Der zur Verzögerung vorgesehene Teilbereich 16a des Schaltsegments 14a geht dabei unmittelbar in das Ausspursegment 19a über. Das Ausspursegment 19a weist dabei eine in Drehrichtung abnehmende Tiefe auf. Der Kulissengrund 18a steigt in dem Ausspursegment 19a kontinuierlich von seiner niedrigsten Ebene 30a auf seine höchste Ebene 29a.
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Zur Verzögerung des Nockenelements 10a in der Schaltrichtung weist der zur Verzögerung vorgesehene Teilbereich 16a einen ansteigenden Kulissengrund 18a auf. Dabei ist der Teilbereich 16a der Kulissenbahn 12a zur Verzögerung des Nockenelements 10a überlappend mit dem Ausspursegment 19a der Kulissenbahn 12a ausgebildet. Der ansteigende Kulissengrund 18a des zur Verzögerung ausgebildeten Teilbereichs 16a der Kulissenbahn 12a ist als der steigende Kulissengrund 18a des Ausspursegments 19a ausgebildet. Dabei steigt der Kulissengrund 18a der Kulissenbahn 12a in dem mit dem Ausspursegment 19a überlappenden Teilbereich 16a des Schaltsegments 14a an, während die Kulissenbahn 12a noch eine Komponente in Schaltrichtung aufweist. Der Kulissengrund 18a steigt in einer Kurve, in der das Schaltsegment 14a in das Ausspursegment 19a übergeht, an.
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Die Ventiltriebvorrichtung umfasst zum Verstellen des Nockenelements 10a einen Aktuator 24a. Der Aktuator 24a ist gehäusefest angeordnet. Der Aktuator 24a weist zur axialen Verstellung des Nockenelements 10a einen Schaltpin 21a auf. Grundsätzlich ist es auch denkbar, dass der Aktuator 24a einen weiteren Schaltpin zum Schalten eines weiteren Nockenelements 10a aufweist. Der Schaltpin 21a greift zur Verstellung des Nockenelements 10a von der ersten Schaltstellung in die zweite Schaltstellung in die erste Kulissenbahn 12a ein. Der Schaltpin 21a ist dabei axial in einer Verschiebeachse linear verschiebbar. Der Schaltpin 21a weist einen unbetätigten Zustand und einen betätigten Zustand auf. In einem unbetätigten Zustand greift der Schaltpin 21a nicht in die Kulissenbahn 12a ein und ist vorzugsweise in den Aktuator 24a eingefahren. In einem betätigten Zustand greift der Schaltpin 21a in die Kulissenbahn 12a ein und ist aus dem Aktuator 24a herausgefahren. Zum Schalten des Schaltpins 21a zwischen dem unbetätigten Zustand in den betätigten Zustand wird der Schaltpin 21a entlang der Verschiebeachse linear verschoben. Zum Verschieben des Schaltpins 21a weist der Aktuator 24a ein nicht näher dargestelltes Aktuatorelement auf. Das Aktuatorelement ist als ein elektromagnetisches Aktuatorelement ausgebildet und beaufschlagt den Schaltpin 21a durch ein elektromagnetisches Wirkprinzip mit einer Schaltkraft und verstellt den Schaltpin 21a so von einem Zustand in den anderen Zustand. Grundsätzlich ist es auch denkbar, dass das Aktuatorelement als ein anderes, dem Fachmann als sinnvoll erscheinendes Aktuatorelement, beispielsweise als ein pneumatisches Aktuatorelement, ausgebildet ist. Zur Schaltung des Nockenelements 10a von der ersten Schaltstellung in die zweiten Schaltstellung wird der Schaltpin 21a von dem Aktuatorelement von dem unbetätigten Zustand in den betätigten Zustand geschaltet, während die erste Kulissenbahn 12a mit dem Einspursegment 28a unter dem Schaltpin 21a ist. Der Schaltpin 21a spurt über das Einspursegment 28a in die Kulissenbahn 12a ein. In dem Schaltsegment 14a tritt der Schaltpin 21a in Kontakt mit seitlichen Wandungen der Kulissenbahn 12a, wodurch der Schaltpin 21a des ortsfesten Aktuators 24a das Nockenelement 10a axial auf der Nockenwelle 25b verschiebt. Nachdem das Nockenelement 10a von dem Schaltpin 21a in die zweite Schaltstellung geschaltet wurde spurt der Schaltpin 21a über das Ausspursegment 19a der Kulissenbahn 12a wieder aus der Kulissenbahn 12a aus und wird von dem Ausspursegment 19a zurück in den unbetätigten Zustand gedrückt.
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Zur Steuerung des Aktuators 24a weist die Ventiltriebvorrichtung eine Steuer- und Regeleinheit 22a auf. Die Steuer- und Regeleinheit 22a ist als ein Teil eines Motorsteuergerätes ausgebildet. Grundsätzlich ist es auch denkbar, dass die Steuer- und Regeleinheit 22a als ein eigenständiges Steuergerät ausgebildet ist. Die Steuer- und Regeleinheit 22a steuert den Aktuator 24a über ein elektrisches oder elektronisches Signal, das über eine Verkabelung von der Steuer- und Regeleinheit 22a an den Aktuator 24a übertragen wird. Die Steuer- und Regeleinheit 22a bestromt den Aktuator 24a, um dessen Schaltpin 21a zwischen seinem unbetätigten Zustand und seinem betätigten Zustand umzuschalten. Dabei wird der Aktuator 24a zum Schalten des Schaltpins 21a von dem unbetätigten Zustand in den betätigen Zustand bestromt und bleibt dabei zum Halten des Schaltpins 21a weiter bestromt. In dem unbetätigten Zustand des Schaltpins 21a ist der Aktuator 24a von der Steuer- und Regeleinheit 22a unbestromt.
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Zum Schalten des Nockenelements 10a von der ersten Schaltstellung in die zweite Schaltstellung wird der Schaltpin 21a des Aktuators 24a von der Steuer- und Regeleinheit 22a, wenn sich der Schaltpin 21a über dem Einspursegment 28a der Kulissenbahn 12a befindet, von dem unbetätigten Zustand in den betätigten Zustand geschaltet. Dadurch gleitet der Schaltpin 21a über den in dem Einspursegment 28a abfallenden Kulissengrund 18b der Kulissenbahn 12a in die Kulissenbahn 12a ein. Nachdem der Schaltpin 21a über das Einspursegment 28a vollständig in die Kulissenbahn 12a eingetaucht ist und dabei den Kulissengrund 18a nicht kontaktiert, tritt der Schaltpin 21a in dem zur Beschleunigung vorgesehenen Teilbereich 31a des Schaltsegments 14a in Kontakt mit der ersten seitlichen Wandung der Kulissenbahn 12a und beschleunigt das Nockenelement 10a dadurch in Schaltrichtung und verschiebt es dadurch in Schaltrichtung auf der Nockenwelle 25a. Nach dem zur Beschleunigung vorgesehenen Teilbereich 31a gleitet der Schaltpin 21a in den zur Verzögerung vorgesehenen Teilbereich 16a des Schaltsegments 14a, wo er zunächst mit der zweiten seitlichen Wandung der Kulissenbahn 12a in Kontakt tritt und das Nockenelement 10a durch die in Schaltrichtung abnehmende Komponente der Kulissenbahn 12a verzögert wird. Dabei wird eine Kraft zur Verzögerung des Nockenelements 10a zwischen der seitlichen Wandung der Kulissenbahn 12a und einer Umfangsfläche, die dem Schaltpin 21a zugewandt ist, übertragen. In dem Bereich, in dem der Kulissengrund 18a in dem zur Verzögerung vorgesehenen Teilbereich 16a ansteigt, tritt der Schaltpin 21a mit seiner dem Kulissengrund 18a zugewandten Unterseite 32a in Kontakt mit einer Bremsfläche, die als der Kulissengrund 18a ausgebildet ist, wodurch zur axialen Verzögerung des Nockenelements 10a ebenfalls über die reibschlüssige Verbindung zwischen dem Kulissengrund 18a und der Unterseite 32a des Schaltpins 21a eine Kraft übertragen werden kann. Dabei erzeugt die Steuer- und Regeleinheit 22a mittels des Aktuatorelements eine Gegenkraft, die den Schaltpin 21a gegen den ansteigenden Kulissengrund 18a drückt, um eine Kraftübertragung zwischen dem Kulissengrund 18a und dem Schaltpin 21a zu ermöglichen. Dabei wird der Schaltpin 21a in dem Bereich, in dem der Teilbereich 16a zur Verzögerung des Nockenelements 10a überlappend mit dem Ausspursegment 19a ausgebildet ist, über den ansteigenden Kulissengrund 18a aus der Kulissenbahn 12a gedrückt, wobei das Nockenelement 10a mittels des Schaltpins 21a in Schaltrichtung verzögert wird.
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In den 3 und 4 sind zwei weitere Ausführungsbeispiele der Erfindung gezeigt. Die nachfolgenden Beschreibungen beschränken sich im Wesentlichen auf die Unterschiede zwischen den Ausführungsbeispielen, wobei bezüglich gleichbleibender Bauteile, Merkmale und Funktionen auf die Beschreibung der anderen Ausführungsbeispiele, insbesondere 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 die Buchstaben b und c in den Bezugszeichen der Ausführungsbeispiele der 3 und 4 ersetzt. Bezüglich gleich bezeichneter Bauteile, insbesondere in Bezug auf Bauteile mit gleichen Bezugszeichen, kann grundsätzlich auch auf die Zeichnungen und/oder die Beschreibung der anderen Ausführungsbeispiele, insbesondere der 1 und 2, verwiesen werden.
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Die 3 zeigt einen Teil einer erfindungsgemäßen Ventiltriebvorrichtung mit einer Nockenwellenvorrichtung 23b und einem Aktuator 24b. Die Ventiltriebvorrichtung ist Teil einer nicht näher dargestellten Brennkraftmaschine für ein Kraftfahrzeug. Die Brennkraftmaschine weist je Zylinder zwei als Einlassventile ausgebildete Ventile und zwei als Auslassventile ausgebildete Ventile auf. Die Ventiltriebvorrichtung weist zur Betätigung der Ventile die Nockenwellenvorrichtung 23b auf, die zur Betätigung der als Einlassventile ausgebildeten Ventile eine als Einlassnockenwelle ausgebildete, nicht näher dargestellte Nockenwelle und zur Betätigung der als Auslassventile ausgebildeten Ventile eine nicht näher dargestellte, als Auslassnockenwelle ausgebildete Nockenwelle aufweist. Je Zylinder weist die Nockenwellenvorrichtung 23b jeweils ein Nockenelement 10b, 11b auf. Es ist auch denkbar, dass die Nockenelemente 10b, 11b zur Betätigung der Ventile zweier oder mehrerer Zylinder dienen. Die Nockenelemente 10b, 11b sind dabei axial verschiebbar auf der entsprechenden Nockenwelle 25b gelagert. Dabei sind zwei benachbarte Nockenelemente 10b, 11b, die zur Betätigung der Ventile des gleichen oder unterschiedlicher Zylinder vorgesehen sind, gemeinsam schaltbar.
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Der Aktuator 24b ist äquivalent zu dem ersten Ausführungsbeispiel aus den 1 und 2 ausgebildet. Der Aktuator 24b umfasst einen Schaltpin 21b, der zur axialen Verschiebung der beiden benachbarten Nockenelemente 10b, 11b des einen oder mehrerer Zylinder vorgesehen ist.
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Die Nockenelemente 10b, 11b weisen zur axialen Verstellung jeweils eine Kulissenbahn 12b, 13b auf. Dabei sind die Nockenelemente 10b, 11b verschachtelt ausgebildet und die Kulissenbahn 13b des Nockenelements 11b geht in die Kulissenbahn 12b des Nockenelements 10b über. Dabei gleitet der Schaltpin 21b des Aktuators 24b während eines Schaltvorgangs der beiden Nockenelemente 10b, 11b von der Kulissenbahn 13b des Nockenelements 11b direkt in die Kulissenbahn 12b des Nockenelements 10b. Dabei weist die Kulissenbahn 13b des Nockenelements 11b ein Einspursegment 28b auf. Das Einspursegment 28b der Kulissenbahn 13b verläuft in Umfangsrichtung und steht orthogonal zu einer Haupterstreckungsrichtung des Nockenelements 11b. In einem Bereich des Einspursegments 28b weist die Kulissenbahn 13b in Drehrichtung des Nockenelements 11b eine kontinuierlich zunehmende Tiefe auf. Die Kulissenbahn 13b weist einen Kulissengrund 18b auf, der im Bereich des Einspursegments 28b in Drehrichtung des Nockenelements 11b von seiner höchsten Ebene 29b bis auf seine niedrigste Ebene 30b verläuft. Die Kulissenbahn 13b des Nockenelements 11b weist ein Schaltsegment 14b auf. Das Schaltsegment 14b weist zusätzlich zu einer in Umfangsrichtung verlaufenden Komponente eine in Schaltrichtung, parallel zu einer Haupterstreckungsrichtung des Nockenelements 11b verlaufende Komponente auf. Das Schaltsegment 14b verläuft dabei schräg zu der Umfangsrichtung des Nockenelements 11b und dem Einspursegment 28b. Dabei weist das Schaltsegment 14b einen Teilbereich 33b zur Beschleunigung des Nockenelements 11b und einen Teilbereich 17b zur Verzögerung des Nockenelements 11b auf. In dem zur Beschleunigung des Nockenelements 11b vorgesehenen Teilbereich 33b der Kulissenbahn 13b nimmt die in Schaltrichtung verlaufende Komponente sukzessive zu. Dabei ist der zur Beschleunigung des Nockenelements 11b vorgesehene Teilbereich 33b dazu vorgesehen, das Nockenelement 11b axial in der Schaltrichtung zu beschleunigen. In dem zur Verzögerung des Nockenelements 11b vorgesehenen Teilbereich 17b der Kulissenbahn 13b nimmt die in Schaltrichtung verlaufende Komponente sukzessive ab. Dabei ist der zur Verzögerung des Nockenelements 11b vorgesehene Teilbereich 17b dazu vorgesehen, das Nockenelement 11b axial in der Schaltrichtung zu verzögern und eine Axialbewegung des Nockenelements 11b zumindest annähernd zu stoppen. In dem zur Verzögerung vorgesehenen Teilbereich 17b des Schaltsegments 14b weist die Kulissenbahn 13b dabei einen ansteigenden Kulissengrund 18b auf. Der Kulissengrund 18b bildet in dem zur Verzögerung vorgesehenen Teilbereich 17b eine Erhebung 20b aus. Dabei steigt der Kulissengrund 18b von dem in Rotationsrichtung gesehenen Beginn des zur Verzögerung vorgesehenen Teilbereichs 17b des Schaltsegments 15b gleichmäßig um wenige Millimeter bis auf eine Plateauhöhe an. Bis kurz vor Ende des zur Verzögerung vorgesehenen Teilbereichs 17b bleibt der Kulissengrund 18b stetig auf der Plateauhöhe und fällt äquivalent zu dem Anstieg des Kulissengrunds 18b am Anfang des zur Verzögerung vorgesehenen Teilbereichs 17b wieder auf seine ursprüngliche, niedrigste Ebene 30b ab. Während der Schaltpin 21b während einer axialen Verschiebung des ersten Nockenelements 11b durch den zur Verzögerung vorgesehenen Teilbereich 17b des Schaltsegments 14b der Kulissenbahn 13b gleitet, tritt der Schaltpin 21b zur Verzögerung mit einem Teil seiner Mantelfläche in Kontakt mit einer seitlichen Wandung der Kulissenbahn 13b und zusätzlich mit seiner dem Kulissengrund 18b zugewandten Unterseite 32b mit einer Bremsfläche, die als der erhöhte Kulissengrund 18b der Erhebung 20b ausgebildet ist, in einen Reibkontakt. Durch den Kontakt mit der Mantelfläche und den Reibkontakt über die Unterseite 32b des Schaltpins 21b mit der Kulissenbahn 13b kann eine Kraft besonders vorteilhaft von dem Schaltpin 21b auf das Nockenelement 11b übertragen werden und das Nockenelement 11b dadurch in Schaltrichtung schneller verzögert werden, wodurch der zur Verzögerung vorgesehene Teilbereich 17b des Schaltsegments 14b, und dadurch die gesamte Kulissenbahn 13b, vorteilhaft kurz ausgebildet werden können. Die Kulissenbahn 13b des ersten Nockenelements 11b weist einen Übergangsbereich 34b auf. Der Übergangsbereich 34b der Kulissenbahn 13b verläuft in Umfangsrichtung und steht orthogonal zu einer Haupterstreckungsrichtung des Nockenelements 11b, wobei der Kulissengrund 18b auf seiner niedrigsten Ebene 30b bleibt. Der Übergangsbereich 34b ist zur Überbrückung zwischen einer Beendigung der axialen Verschiebung des Nockenelements 11b und einem Start der axialen Verschiebung des Nockenelements 10b vorgesehen. Der Übergangsbereich 34b der Kulissenbahn 13b des Nockenelements 11b grenzt unmittelbar an die Kulissenbahn 12b des Nockenelements 10b an. Die Kulissenbahn 12b des Nockenelements 10b weist ein Schaltsegment 15b auf. Das Schaltsegment 15b umfasst einen zur Beschleunigung vorgesehenen Teilbereich 31b und einen zur Verzögerung vorgesehenen Teilbereich 16b. Die Kulissenbahn 12b weist ein Ausspursegment 19b auf. Das Schaltsegment 15b der Kulissenbahn 12b mündet in das Ausspursegment 19b. Der zur Verzögerung vorgesehene Teilbereich 16b des Schaltsegments 15b geht dabei unmittelbar in das Ausspursegment 19b über. Das Ausspursegment 19b weist dabei eine in Drehrichtung abnehmende Tiefe auf. Der Kulissengrund 18b steigt in dem Ausspursegment 19b kontinuierlich von seiner niedrigsten Ebene 29b auf seine höchste Ebene 30b. Das Schaltsegment 15b und das Ausspursegment 19b der Kulissenbahn 12b des zweiten Nockenelements 10b sind dabei äquivalent zu dem Schaltsegment und dem Ausspursegment des Nockenelements des ersten Ausführungsbeispiels aus den 1 und 2 ausgestaltet.
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4 zeigt ein drittes Ausführungsbeispiel einer erfindungsgemäßen Ventiltriebvorrichtung mit einer Nockenwellenvorrichtung 23c und einem Aktuator 24c. Die Ventiltriebvorrichtung ist Teil einer nicht näher dargestellten Brennkraftmaschine für ein Kraftfahrzeug. Die Brennkraftmaschine weist je Zylinder zwei als Einlassventile ausgebildete Ventile und zwei als Auslassventile ausgebildete Ventile auf. Die Ventiltriebvorrichtung umfasst zur Betätigung der Ventile die Nockenwellenvorrichtung 23c, die zur Betätigung der als Einlassventile ausgebildeten Ventile eine als Einlassnockenwelle ausgebildete, nicht näher dargestellte Nockenwelle aufweist. Je Zylinder weist die Nockenwellenvorrichtung 23c jeweils ein Nockenelement 10c, 11c auf.
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Es ist auch denkbar, dass die Nockenelemente 10c, 11c zur Betätigung der Ventile zweier oder mehrerer Zylinder dienen. Die Nockenelemente 10c, 11c sind dabei axial verschiebbar auf der entsprechenden Nockenwelle 25c gelagert. Dabei sind zwei benachbarte Nockenelemente 10c, 11c, die zur Betätigung der Ventile des gleichen oder mehrerer Zylinder vorgesehen sind, gemeinsam schaltbar.
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Die Nockenelemente 10c, 11c weisen zur axialen Verstellung jeweils eine Kulissenbahn 12c, 13c auf. Dabei sind die Nockenelemente 10c, 11c verschachtelt ausgebildet und die Kulissenbahn 13c des ersten Nockenelements 11c geht in die Kulissenbahn 12c des zweiten Nockenelements 10c über. Die Kulissenbahnen 12c, 13c sind dabei im Wesentlichen äquivalent zu den Kulissenbahnen des zweiten Ausführungsbeispiels aus der 3 ausgebildet. Ein Verlauf der Kulissenbahnen 12c, 13c ist dabei identisch. Im Gegensatz zu dem zweiten Ausführungsbeispiel aus der 3 weist die Kulissenbahn 13c des ersten Nockenelements 11c in seinem zur Verzögerung vorgesehenen Teilbereich 17c seines Schaltsegments 14c einen ebenen Kulissengrund 18c auf. Der Kulissengrund 18c steigt dabei in dem zur Verzögerung des Nockenelements 11c vorgesehenen Teilbereich 17c insbesondere nicht an. Der Kulissengrund 18c weist über das gesamte Schaltsegment 15c einen ebenen Verlauf auf.
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Der Aktuator 24c ist äquivalent zu dem ersten Ausführungsbeispiel aus den 1 und 2 ausgebildet. Der Aktuator 24c umfasst einen Schaltpin 21c, der zur axialen Verschiebung der beiden benachbarten Nockenelemente 10c, 11c des einen Zylinders vorgesehen ist. Zur axialen Verschiebung der Nockenelemente 10c, 11c wird der Schaltpin 21c des Aktuators 24c zunächst in die Kulissenbahn 13c des ersten Nockenelements 11c eingefahren und verschiebt dadurch zunächst das erste Nockenelement 11c axial, gleitet dann in die Kulissenbahn 12c des zweiten Nockenelements 10c und verschiebt dadurch das zweite Nockenelement 10c, bevor der Schaltpin 21c aus der Kulissenbahn 12c des zweiten Nockenelements 10c ausspurt. Der Aktuator 24c umfasst eine Steuer- und Regeleinheit 22c, die den Schaltpin 21c ansteuert. Der Schaltpin 21c wird von der Steuer- und Regeleinheit 22c in dem zur Verzögerung vorgesehenen Teilbereich 17c zur Verzögerung des Nockenelements 11c aktiv gegen eine Bremsfläche, die von dem ebenen Kulissengrund 18c gebildet wird, gedrückt. Dabei ist der Schaltpin 21c in dem zur Verzögerung vorgesehenen Teilbereich 17c weiter in die Kulissenbahn 12c eingetaucht als in seinem zur Beschleunigung vorgesehen Teilbereich 33c. Dabei ist es grundsätzlich auch denkbar, dass dabei eine Kraft zur Verzögerung des Nockenelements 11c in Schaltrichtung, eine Kraft zwischen einer Unterseite 32c des Schaltpins 21c und dem Kulissengrund 18c übertragen wird und der Schaltpin 21c insbesondere nicht mit Wandungen der Kulissenbahn 13c in Kontakt kommt. Die Kulissenbahn 12c des Nockenelements 10c ist dabei gleich ausgebildet wie die entsprechende Kulissenbahn des entsprechenden Nockenelements aus dem zweiten Ausführungsbeispiel der 3.
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Bezugszeichenliste
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- 10
- Nockenelement
- 11
- Nockenelement
- 12
- Kulissenbahn
- 13
- Kulissenbahn
- 14
- Schaltsegment
- 15
- Schaltsegment
- 16
- Teilbereich
- 17
- Teilbereich
- 18
- Kulissengrund
- 19
- Ausspursegment
- 20
- Erhebung
- 21
- Schaltpin
- 22
- Steuer- und/oder Regeleinheit
- 23
- Nockenwellenvorrichtung
- 24
- Aktuator
- 25
- Nockenwelle
- 26
- Nockenbahn
- 27
- Nockenbahn
- 28
- Einspursegment
- 29
- Ebene
- 30
- Ebene
- 31
- Teilbereich
- 32
- Unterseite
- 33
- Teilbereich
- 34
- Übergangsbereich
