DE102013111410A1

DE102013111410A1 - Ventiltrieb für eine Brennkraftmaschine sowie Brennkraftmaschine

Info

Publication number: DE102013111410A1
Application number: DE201310111410
Authority: DE
Inventors: Matthias Penzel; Klaus Fuoss
Original assignee: Dr Ing HCF Porsche AG
Current assignee: Dr Ing HCF Porsche AG
Priority date: 2013-10-16
Filing date: 2013-10-16
Publication date: 2015-04-16

Abstract

Ventiltrieb für eine Brennkraftmaschine nach dem Desmodromikprinzip, der zur Betätigung von Gaswechselventilen mindestens eine drehbar gelagerte Nockenwelle (1) aufweist, wobei die oder jede Nockenwelle (1) erste Nocken (10), die dem Öffnen von Gaswechselventilen dienen, und zweite Nocken (11), die dem Schließen der Gaswechselventile dienen, trägt, wobei die oder jede Nockenwelle (1) einen Kulissenabschnitt (16) mit mindestens einer an einer äußeren Mantelfläche des jeweiligen Kulissenabschnitts (16) ausgebildeten Nut (17) aufweist, wobei zur Bewirkung einer axialen Verschiebung der jeweiligen Nockenwelle (1) zusammen mit den Nocken (10, 11) derselben ein mit dem Kulissenabschnitt (16) zusammenwirkender Aktuator (18) vorgesehen ist, und wobei die jeweilige Nockenwelle (1) nach einer axialen Verschiebung in ihrer axialen Relativposition rastierbar ist.

Description

Die Erfindung betrifft einen Ventiltrieb für eine Brennkraftmaschine nach dem Oberbegriff des Anspruchs 1 und eine Brennkraftmaschine mit einem solchen Ventiltrieb.
Bei Brennkraftmaschinen werden zur Optimierung der Ladungsbewegung im Brennraum variable Ventiltriebe verwendet, mit denen bei den Gaswechselventilen der Brennkraftmaschine insbesondere unterschiedliche Ventilhübe eingestellt werden können.
Ein Ventiltrieb nach dem Desmodromikprinzip für eine Brennkraftmaschine ist aus der EP 0 384 361 B1 bekannt. So umfasst der aus diesem Stand der Technik bekannte Ventiltrieb mindestens eine drehbar gelagerte Nockenwelle, wobei die oder jede Nockenwelle erste, als Öffnungsnocken dienende Nocken aufweist, die dem Öffnen von Gaswechselventilen der Brennkraftmaschine dienen, sowie zweite, als Schließnocken ausgebildete Nocken, die dem Schließen der Gaswechselventile der Brennkraftmaschine dienen. Die Öffnungsnocken wirken dabei über Öffnungskipphebel und die Schließnocken über Schließkipphebel auf einem Ventilschaft eines Gaswechselventils ein, nämlich derart, dass die von den ersten Nocken bzw. den Öffnungsnocken betätigten Öffnungskipphebel in Öffnungsrichtung und die von den zweiten Nocken bzw. Schließnocken betätigten Schließkipphebel in Schließrichtung auf das jeweilige Gaswechselventil einwirken.
Ferner ist es aus der EP 0 384 631 B1 bekannt, dass die ersten Nocken bzw. Öffnungsnocken sowie die zweiten Nocken bzw. die Schließnocken unterschiedliche Nockenbahnen aufweisen, um einen variablen Ventiltrieb bereitzustellen, mit dem unterschiedliche Ventilhübe und unterschiedliche Ventilöffnungszeiten bereitgestellt werden können.
Hiervon ausgehend liegt der vorliegenden Erfindung die Aufgabe zu Grunde einen neuartigen Ventiltrieb für eine Brennkraftmaschine sowie eine Brennkraftmaschine mit einem solchen Ventiltrieb zu schaffen.
Diese Aufgabe wird durch einen Ventiltrieb für eine Brennkraftmaschine gemäß Anspruch 1 gelöst.
Erfindungsgemäß weist die oder jede Nockenwelle einen Kulissenabschnitt mit mindestens einer an einer äußeren Mantelfläche des jeweiligen Kulissenabschnitts ausgebildeten Nut auf, wobei zur Bewirkung einer axialen Verschiebung der jeweiligen Nockenwelle zusammen mit den Nocken derselben ein mit dem Kulissenabschnitt zusammenwirkender Aktuator vorgesehen ist, und wobei die jeweilige Nockenwelle nach einer axialen Verschiebung in ihrer axialen Relativposition rastierbar ist.
Mit der hier vorliegenden Erfindung wird ein Ventiltrieb nach dem Desmodromikprinzip für eine Brennkraftmaschine vorgeschlagen, wobei die oder jede Nockenwelle des Ventiltriebs zusammen mit den Nocken derselben einfach und zuverlässig in Axialrichtung verlagert werden kann, nämlich über einen Kulissenabschnitt, der mit einem Aktuator zusammenwirkt, um die Nockenwelle zur Veränderung des Ventilhubs und/oder der Ventilöffnungszeiten von Gaswechselventilen der Brennkraftmaschine in axialer Richtung zu verlagern. Ferner ist die jeweilige Nockenwelle in ihrer axialen Relativposition rastierbar.
Eine derartige Ausgestaltung erlaubt die Bereitstellung eines einfachen und zuverlässigen, variablen Ventiltriebs nach dem Desmodromikprinzip.
Nach einer vorteilhaften Weiterbildung der Erfindung weist jeder erste Nocken unterschiedliche Nockenbahnen auf, wobei jeweils eine der Nockenbahnen jedes ersten Nockens abhängig von der axialen Relativposition der Nockenwelle das jeweilige Gaswechselventil zum Öffnen betätigt. Vorzugsweise weist auch jeder zweite Nocken unterschiedliche Nockenbahnen aufweist, wobei jeweils eine der Nockenbahnen jedes zweiten Nockens abhängig von der axialen Relativposition der Nockenwelle das jeweilige Gaswechselventil zum Schließen betätigt. Hiermit können unterschiedliche Ventilhübe und/oder Ventilöffnungszeiten einfach und zuverlässig bereitgestellt werden.
Vorzugsweise sind die ersten Nocken, die zweiten Nocken und der Kulissenabschnitt integraler Bestandteil der jeweiligen Nockenwelle. Diese Ausgestaltung ist einfach und zuverlässig.
Nach einer vorteilhaften Weiterbildung der Erfindung sind Enden der jeweiligen axial verschiebbaren Nockenwelle in Lagern geführt, wobei in ein Ende der jeweiligen axial verschiebbaren Nockenwelle als Rastierelement eine durch ein Federelement beaufschlagte Rastierkugel integriert ist, die zur Rastierung der axialen Relativposition der jeweiligen axial verschiebbaren Nockenwelle mit einer Kontur eines das Ende der jeweiligen Nockenwelle umschließenden Lagerstücks zusammenwirkt. Vorzugsweise drückt das Federelement die Rastierkugel der jeweiligen axial verschiebbaren Nockenwelle abhängig von der axialen Relativposition derselben nach außen in eine von mehreren Nuten der Kontur des Lagerstücks. Diese Ausgestaltung erlaubt eine einfache und zuverlässige Rastierung der jeweiligen Nockenwelle in ihrer axialen Relativposition.
Die erfindungsgemäße Brennkraftmaschine ist in Anspruch 10 definiert.
Bevorzugte Weiterbildungen der Erfindung ergeben sich aus den Unteransprüchen und der nachfolgenden Beschreibung. Ausführungsbeispiele der Erfindung werden, ohne hierauf beschränkt zu sein, an Hand der Zeichnung näher erläutert. Dabei zeigt:
1 eine teilweise Explosionsdarstellung einer Brennkraftmaschine mit einem erfindungsgemäßen Ventiltrieb;
2 ein Detail der 1;
3 einen Querschnitt die einen erfindungsgemäßen Ventiltrieb in einem ersten Zustand desselben; und
4 einen Querschnitt die den erfindungsgemäßen Ventiltrieb der 3 in einem zweiten Zustand desselben.
1 zeigt eine teilweise Explosionsdarstellung einer Brennkraftmaschine mit einem erfindungsgemäßen Ventiltrieb nach dem Desmodromikprinzip. Eine in 1 gezeigte Nockenwelle 1 des Ventiltriebs ist über Lager 3 in einem Nockenwellengehäuse 2 der Brennkraftmaschine gelagert. Die in 1 gezeigte Nockenwelle 1 ist als Einlassnockenwelle ausgeführt und dient der Steuerung von Einlassventilen der Brennkraftmaschine. Von den Einlassventilen sind in 1 Ventilstößel 4, Ventilteller 5 und Angriffselemente 6 und 7 für Kipphebel 8 und 9 des Ventiltriebs gezeigt. Zur Steuerung von nicht gezeigten Auslassventilen der Brennkraftmaschine ist eine nicht gezeigte Auslassnockenwelle vorhanden. Bei den Einlassventilen und Auslassventilen handelt es sich um Gaswechselventile der Brennkraftmaschine.
Die in 1 gezeigte Nockenwelle 1 umfasst erste Nocken 10, die dem Öffnen der Einlassventile dienen, sowie zweite Nocken 11, die dem Schließen der Einlassventile dienen, wobei die ersten Nocken 10 auch als Öffnungsnocken und die zweiten Nocken 11 auch als Schließnocken bezeichnet werden.
Die ersten Nocken 10 wirken über die Kipphebel 9 und die Angriffselemente 7 auf die Ventilstößel 4 der Einlassventile in Öffnungsrichtung ein, wohingegen die zweiten Nocken 11 über die Kipphebel 8 und die Angriffselemente 6 auf die Ventilstößel 4 der Einlassventile in Schließrichtung derselben einwirken.
Zur Bereitstellung eines variablen Ventiltriebs, mit dem unterschiedliche Ventilhübe und vorzugsweise unterschiedliche Ventilöffnungszeiten bereitgestellt werden können, umfasst jeder erste Nocken 10, der als Öffnungsnocken dient, unterschiedliche Nockenbahnen 12, 13. Vorzugsweise verfügt auch jeder zweite Nocken 11 über derartige unterschiedliche Nockenbahnen 14, 15.
Die gesamte Nockenwelle 1 ist zusammen mit den ersten Nocken 10 und den zweiten Nocken 11 axial verschiebbar, um eine axiale Relativposition der Nockenwelle 1 und damit der Nocken 10, 11 zu den Einlassventilen bzw. den mit den Nocken 10, 11 zusammenwirkenden Kipphebeln 8, 9 einzustellen.
Die 3 und 4 zeigen die Nockenwelle 1 des Ventiltriebs in unterschiedlichen Relativpositionen, insbesondere die Relativposition der als Öffnungsnocken dienenden ersten Nocken 10 zu den der Betätigung des jeweiligen Einlassventils dienenden Kipphebeln 9.
In der Relativposition der 3, in welcher die Nockenwelle 1 nach rechts verlagert ist, sind die Kipphebel 9 mit den Nockenbahnen 12 der ersten Nocken 10 in Eingriff. In der Relativposition der 4 hingegen, in welcher die Nockenwelle 1 nach links verlagert ist, sind die Kipphebel 9 mit den Nockenbahnen 13 der ersten Nocken 10 in Eingriff.
Ebenso verändert sich bei der axialen Verschiebung der Nockenwelle 1 die Relativposition der Nockenbahnen 14, 15 der als Schließnocken dienenden zweiten Nocken 11 zu den Kipphebeln 8, dies ist jedoch in 3 und 4 zur Gewährleistung einer übersichtlichen Darstellung nicht gezeigt.
Um die axiale Verlagerbarkeit der jeweiligen Nockenwelle 1 des Ventiltriebs einfach und zuverlässig zu ermöglichen, verfügt die jeweilige Nockenwelle 1 über einen Kulissenabschnitt 16 mit mindestens einer an einer äußeren Mantelfläche desselben ausgebildeten Nut 17.
Mit dem Kulissenabschnitt 16, nämlich der Nut 17 desselben, wirkt ein Aktuator 18 zusammen, wobei der Aktuator 18 mindestens einen Betätigungsstift aufweist, der in die Nut 17 im Kulissenabschnitt 16 in radialer Richtung einführbar ist, um die gesamte Nockenwelle 1 inklusive ihrer Nocken 10, 11 axial zu verlagern.
Die ersten Nocken 10, die zweiten Nocken 11 und der Kulissenabschnitt 16 sind integraler Bestandteil der jeweiligen Nockenwelle 1.
Die jeweilige Nockenwelle 1 ist nach einer axialen Verschiebung derselben in ihrer axialen Relativposition rastierbar. So ist in ein Ende 19 der Nockenwelle 1, welches über ein Lagerstück 20 und ein Lager 3 am Nockenwellengehäuse 2 gelagert ist, ein Rastierelement integriert, welches eine von einem Federelement 21 beaufschlagte Rastierkugel 22 umfasst. Das Federelement 21 neigt dazu, die Rastierkugel 22 aus einer Bohrung, in welcher das Federelement 21 und die Rastierkugel 22 im Ende 19 der Nockenwelle 1 aufgenommen sind, in radialer Richtung herauszudrücken.
Das Rastierelement, nämlich die Rastierkugel 22 desselben, wirkt dabei mit einer Kontur 23 des Lagerstücks 20 zusammen, wobei diese Kontur 23 des Lagerstücks 20 in Axialrichtung gesehen mehrere Nuten 24 bereitstellt, in welche die Rastierkugel 22 des Rastierelements abhängig von der axialen Relativposition der Nockenwelle 1 gedrückt werden kann. So zeigen 3 und 4, dass zur Rastierung der axialen Relativposition der Nockenwelle 1 die Rastierkugel 22 des Rastierelements in unterschiedliche Nuten 24 der Kontur 23 des Lagerstücks 20 eingreift.
Der rotatorische bzw. drehende Antrieb der in 1 bis 4 gezeigten Nockenwelle 1 erfolgt über ein Zahnrad 25, welches über ein Zwischenstück 26 an der Nockenwelle 1 angreift. Dann, wenn ein Stift des Aktuators 18 in eine Nut 17 des Kulissenabschnitts 16 eingeführt ist, kann die drehende Bewegung der Nockenwelle 1 in eine axiale Verlagerung derselben umgesetzt werden. Die Lager 3 der Nockenwelle 1 lassen diese axiale Verlagerung der Nockwelle 1 zu. Die Rastierung der Nockenwelle 1erfolgt über das Zusammenspiel von Rastierkugel 22 und Nuten 24.
Die hier vorliegende Erfindung stellt demnach einen variablen Ventiltrieb nach dem Desmodromikprinzip bereit, bei welchem die jeweilige Nockenwelle 1 zuverlässig und einfach axial verlagert werden kann, nämlich zusammen mit den Nocken 10, 11 derselben, um abhängig von der axialen Relativposition der Nockenwelle 1 unterschiedliche Ventilhübe und/oder Öffnungszeiten an den jeweiligen zu betätigenden Gaswechselventilen einzustellen. Die axiale Verschiebung der Nockenwelle 1 erfolgt dabei durch das Zusammenspiel eines Kulissenabschnitts 16 mit einem Aktuator 18, wobei der Kulissenabschnitt 16 mindestens eine Nut 17 aufweist, in die zur axialen Verlagerung der jeweiligen Nockenwelle 1 ein Betätigungsstift des Aktuators 18 einführbar ist.
Nach der axialen Verschiebung der jeweiligen Nockenwelle 1 ist dieselbe in ihrer axialen Relativposition durch das Zusammenspiel des Rastierelements und des Lagerstücks 20 rastierbar.
Die Breite der Nocken 10, 11 ist derart bemessen, dass die Kipphebel 7, 8 in allen axialen Relativpositionen der Nockenwelle 1 mit der jeweiligen Nocke 10, 11 in Eingriff stehen, nämlich mit einer an die einzustellende Ventilöffnungszeit und/oder an den einzustellenden Ventilhub angepassten Nockenbahn 12, 13 bzw. 14, 15 der jeweiligen Nocke 10 bzw. 11.
ZITATE ENTHALTEN IN DER BESCHREIBUNG
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Zitierte Patentliteratur

EP 0384361 B1 [0003]
EP 0384631 B1 [0004]

Claims

Ventiltrieb für eine Brennkraftmaschine nach dem Desmodromikprinzip, der zur Betätigung von Gaswechselventilen mindestens eine drehbar gelagerte Nockenwelle (1) aufweist, wobei die oder jede Nockenwelle erste Nocken (10), die dem Öffnen von Gaswechselventilen dienen, und zweite Nocken (11), die dem Schließen der Gaswechselventile dienen, trägt, dadurch gekennzeichnet, dass die oder jede Nockenwelle (1) einen Kulissenabschnitt (16) mit mindestens einer an einer äußeren Mantelfläche des jeweiligen Kulissenabschnitts (16) ausgebildeten Nut (17) aufweist, wobei zur Bewirkung einer axialen Verschiebung der jeweiligen Nockenwelle (1) zusammen mit den Nocken (10, 11) derselben ein mit dem Kulissenabschnitt (16) zusammenwirkender Aktuator (18) vorgesehen ist, und wobei die jeweilige Nockenwelle (1) nach einer axialen Verschiebung in ihrer axialen Relativposition rastierbar ist.
Ventiltrieb nach Anspruch 1, dadurch gekennzeichnet, dass jeder erste Nocken (10) unterschiedliche Nockenbahnen (12, 13) aufweist, wobei jeweils eine der Nockenbahnen (12, 13) jedes ersten Nockens (10) abhängig von der axialen Relativposition der jeweiligen Nockenwelle (1) das jeweilige Gaswechselventil zum Öffnen betätigt.
Ventiltrieb nach Anspruch 1 oder 2, dadurch gekennzeichnet, dass jeder zweite Nocken (11) unterschiedliche Nockenbahnen (14, 15) aufweist, wobei jeweils eine der Nockenbahnen (14, 15) jedes zweiten Nockens (11) abhängig von der axialen Relativposition der jeweiligen Nockenwelle (1) das jeweilige Gaswechselventil zum Schließen betätigt.
Ventiltrieb nach einem der Ansprüche 1 bis 3, dadurch gekennzeichnet, dass die ersten Nocken (10) über erste Hebel (9) in Öffnungsrichtung und die zweiten Nocken (11) über zweite Hebel (8) in Schließrichtung auf die Gaswechselventile einwirken.
Ventiltrieb nach einem der Ansprüche 1 bis 4, dadurch gekennzeichnet, dass die ersten Nocken (10), die zweiten Nocken (11) und der Kulissenabschnitt (16) integraler Bestandteil der jeweiligen Nockenwelle (1) sind.
Ventiltrieb nach einem der Ansprüche 1 bis 5, dadurch gekennzeichnet, dass in ein Ende (19) der jeweiligen axial verschiebbaren Nockenwelle (1) als Rastierelement eine durch ein Federelement (21) beaufschlagte Rastierkugel (22) integriert ist, die zur Rastierung der axialen Relativposition der jeweiligen axial verschiebbaren Nockenwelle (1) mit einer Kontur (23) eines das Ende (19) der jeweiligen Nockenwelle (1) umschließenden Lagerstücks (20) zusammenwirkt.
Ventiltrieb nach Anspruch 6, dadurch gekennzeichnet, dass das Federelement (21) die Rastierkugel (22) der jeweiligen axial verschiebbaren Nockenwelle (1) abhängig von der axialen Relativposition derselben nach außen in eine von mehreren Nuten (24) der Kontur (23) des Lagerstücks (20) drückt.
Ventiltrieb nach einem der Ansprüche 1 bis 7, dadurch gekennzeichnet, dass der Aktuator (8) mindestens einen in radialer Richtung verlagerbaren Stift aufweist.
Ventiltrieb nach Anspruch 8, dadurch gekennzeichnet, dass der jeweilige Stift zur axialen Verschiebung der jeweiligen Nockenwelle (1) in eine jeweilige Nut (17) des Kulissenabschnitts (16) radial einführbar ist.
Brennkraftmaschine mit mehreren Zylindern, dadurch gekennzeichnet, dass dieselbe zur Betätigung von Gaswechselventilen der Zylinder einen Ventiltrieb nach einem der Ansprüche 1 bis 9 aufweist.