DE102013204655A1

DE102013204655A1 - Ventiltrieb eines Verbrennungsmotors

Info

Publication number: DE102013204655A1
Application number: DE102013204655.3A
Authority: DE
Inventors: Markus POPP; Harald Elendt
Original assignee: Schaeffler Technologies AG and Co KG
Current assignee: Schaeffler Technologies AG and Co KG
Priority date: 2013-03-18
Filing date: 2013-03-18
Publication date: 2014-09-18

Abstract

Vorgeschlagen ist ein Schiebenocken-Ventiltrieb eines Verbrennungsmotors. Ein auf einer Trägerwelle (2) verschiebbar angeordnetes Nockenstück (3) umfasst eine Nockengruppe (4, 5) mit unterschiedlichen Nockenerhebungen und eine Axialnut mit zwei Nutbahnen (8, 9), die in Umfangsrichtung der Axialnut vollständig hintereinander angeordnet sind. Ein in die Axialnut einfahrbarer Aktuatorstift (10) eines Aktuators (12) verschiebt das Nockenstück in Richtung beider Nutbahnen. Der Radius (R) des Nutgrunds (18) soll umfänglich konstant groß sein, wobei der Aktuator eine Rückstellfeder (14) umfasst, die den Aktuatorstift entgegen der Einfahrrichtung kraftbeaufschlagt.

Description

Die Erfindung betrifft einen Ventiltrieb eines Verbrennungsmotors, mit einer Nockenwelle, die eine Trägerwelle und ein darauf drehfest und zwischen zwei Axialpositionen verschiebbar angeordnetes Nockenstück umfasst, das zumindest eine Nockengruppe mit unterschiedlichen Nockenerhebungen und eine Axialnut mit zwei sich axial entgegengesetzt erhebenden Nutbahnen aufweist, deren Axialerhebungen jeweils dem Abstand zwischen beiden Axialpositionen entsprechen und die in Umfangsrichtung der Axialnut vollständig hintereinander angeordnet sind, und mit einem Aktuator, der einen in die Axialnut einfahrbaren Aktuatorstift zum Verschieben des Nockenstücks in Richtung beider Nutbahnen umfasst.
Hintergrund der Erfindung
Sogenannte Schiebenocken-Ventiltriebe sind in zahlreichen konstruktiven Ausführungen bekannt. Zur Verschiebung des Nockenstücks greift der axial stillstehende Aktuatorstift in die rotierende Axialnut ein, deren Axialerhebung das Nockenstück zwingt, sich auf der Trägerwelle zu verschieben. Dabei wird die Betätigung der Gaswechselventile zwischen zwei benachbarten Nockenerhebungen umgeschaltet. Die Verschiebung des Nockenstücks zwischen den Axialpositionen erfolgt innerhalb des Winkelbereichs der Nockenwelle, in dem alle Nockenerhebungen hubfrei sind, d.h. innerhalb der gemeinsamen Grundkreisphase aller Nocken.
Ein Ventiltrieb der eingangs genannten Art ist aus der DE 10 2009 009 080 A1 bekannt. Die beiden Nutbahnen verlaufen dort umfänglich nicht nebeneinander, sondern vollständig hintereinander. Um den Aktuatorstift nach dem Verschiebevorgang des Nockenstücks aus der Axialnut auszufahren, sind die Nutbahnen am Ende mit radial ansteigenden Rampen versehen.
Aufgabe der Erfindung
Der vorliegenden Erfindung liegt die Aufgabe zugrunde, einen Ventiltrieb der eingangs genannten Art konstruktiv zu vereinfachen.
Zusammenfassung der Erfindung
Die Lösung dieser Aufgabe ergibt sich dadurch, dass die Axialnut einen Nutgrund mit umfänglich konstantem Nutgrundradius aufweist, wobei der Aktuator eine Rückstellfeder umfasst, die den Aktuatorstift entgegen der Einfahrrichtung kraftbeaufschlagt. Voraussetzung hierfür ist – anders als im eingangs zitierten Stand der Technik – dass der in die Axialnut eingefahrene Aktuatorstift nicht durch den am Ende der Nutbahn ansteigenden Nutgrund, sondern durch die in Ausfahrrichtung wirkende Federkraft des Aktuators aus der Axialnut ausgekoppelt wird.
Durch den Entfall der Ausfahrrampen kann die nun umfänglich gewissermaßen endlose Axialnut wesentlich einfacher hergestellt werden. Dies gilt insbesondere für ein gebautes Nockenstück derart, dass die Axialnut durch eine Innenhülse und zwei die Innenhülse umschließende Außenhülsen begrenzt ist, wobei der Nutgrund durch den zylindrischen Außenmantel der Innenhülse gebildet ist und wobei die Nutwände durch die einander zugewandten Stirnflächen der Außenhülsen gebildet sind.
Kurze Beschreibung der Zeichnungen
Weitere Merkmale der Erfindung ergeben sich auf der nachfolgenden Beschreibung und aus den Zeichnungen, in denen ein erfindungsgemäßer Ventiltrieb erläutert ist. Sofern nicht anders erwähnt, sind dabei gleiche oder funktionsgleiche Merkmale oder Bauteile mit gleichen Bezugszahlen versehen. Es zeigen:
1 die Axialnut und den Aktuator des erfindungsgemäßen Ventiltriebs in teilweisem Längsschnitt;
2 das Detail X aus 1;
3 eine perspektivische Rückansicht der Axialnut aus 1;
4 die Axialnut in perspektivischem Längsschnitt;
5 einen Ausschnitt eines an sich bekannten Ventiltriebs in Seitenansicht.
Detaillierte Beschreibung der Zeichnungen
Die Erfindung sei ausgehend von 5 erläutert, die einen hubvariablen Ventiltrieb eines Verbrennungsmotors zeigt. Das grundlegende Funktionsprinzip dieses an sich bekannten Ventiltriebs lässt sich dahingehend zusammenfassen, dass eine konventionell starr ausgebildete Nockenwelle durch eine Nockenwelle 1 mit einer außenverzahnten Trägerwelle 2 und darauf mittels Innenverzahnung drehfest und längsverschiebbar angeordneten Nockenstücken 3 ersetzt ist. Jedes Nockenstück weist zwei Gruppen axial unmittelbar benachbarter Nocken 4 und 5 auf, deren unterschiedliche Erhebungen mittels Nockenfolger, hier mittels Rollenschlepphebel 6 selektiv abgegriffen und auf Gaswechselventile 7 übertragen werden.
Die zur betriebspunktabhängigen Aktivierung des jeweiligen Nockens 4 oder 5 erforderliche Verschiebung des Nockenstücks 3 auf der Trägerwelle 2 erfolgt über zwei an beiden Enden des Nockenstücks spiegelsymmetrisch verlaufende Axialnutbahnen 8 und 9, die sich entsprechend der Verschieberichtung in ihrer Orientierung unterscheiden und in die, je nach momentaner Axialposition des Nockenstücks, jeweils ein Aktuatorstift 10 eines elektromagnetischen Aktuators (nicht dargestellt) eingefahren wird. Zur Stabilisierung des Nockenstücks in den beiden Axialpositionen dient eine Rastiervorrichtung, die (hier nicht erkennbar) im Inneren der Trägerwelle verläuft und in das Innere des Nockenstücks einrastet.
Die 1, 3 und 4 zeigen einen erfindungsgemäßen Axialnutring 11 vor dessen Montage auf ein zugehöriges gebautes Nockenstück (nicht dargestellt) und einen elektromagnetischen Aktuator 12, dessen Aktuatorstift 10 momentan nicht in die Axialnut eingefahren ist. Das Nockenstück dreht in der auf dem Axialnutring eingezeichneten Pfeilrichtung. Anders als in 5 verlaufen die beiden Nutbahnen 8 und 9 am Umfang des Nockenstücks nicht nebeneinander, sondern in Reihenschaltung vollständig hintereinander. Die Axialerhebung jeder Nutbahn ist so groß wie der Abstand zwischen zwei Axialpositionen des Nockenstücks, d.h. im Falle des Ventiltriebs gemäß 5 so groß wie der Mittenabstand der beiden Nocken 4 und 5.
Bei Bestromung des Aktuators 12 wird der Aktuatorstift 10 von einem Magnetanker 13 betätigt und gegen die Kraft einer Rückstellfeder 14 in die Axialnut eingefahren, bis der Magnetanker an einem inneren Axialanschlag 15 anliegt. Wie in 2 verdeutlicht, ist der Axialanschlag durch eine Antiklebscheibe gebildet, die das magnetische Haften des Magnetankers infolge Restmagnetismus nach Abschalten der Bestromung wesentlich reduziert. Das Ausfahren des Aktuatorstifts aus der Axialnut erfolgt dann im Anschluss an den Verschiebevorgang des Nockenstücks zu einem Nockenwinkel, bei dem der Aktuatorstift querkraftarm oder -frei gegenüber den Nutwänden 16 und 17 der Axialnut ist und die Kraft der Rückstellfeder ausreicht, um den Aktuatorstift in den Aktuator zurückzuziehen.
Wie es in Zusammenschau mit 4 deutlich wird, weist die Axialnut einen Nutgrund 18 auf, dessen Radius R über dem gesamten Umfang des Nockenstücks konstant groß ist. Dies ermöglicht es, den Axialnutring 11 aus mehreren Einzelteilen mit vergleichsweise einfacher Geometrie zu bauen. Im vorliegenden Ausführungsbeispiel ist der Nutgrund durch den zylindrischen Außenmantel einer Innenhülse 19 gebildet, die mit zwei axial zueinander beabstandeten Außenhülsen 20 und 21 gefügt ist. Somit sind die Nutwände 16, 17, die die Axialerhebungen der Nutbahnen 8, 9 vorgeben, durch die einander zugewandten Stirnflächen der Außenhülsen gebildet. Die Außenhülsen können beispielsweise als kostengünstige MIM- (Metall-Injection-Molding) oder Gesenkschmiedeteile hergestellt werden. Die Innenhülse kann ein einfaches Trägerrohr sein, das sich in einer nicht dargestellten Ausführungsform auch über die Länge des gesamten Nockenstücks erstrecken und dann mit der o.g. Innenverzahnung, den darauf gefügten Nocken und einer Nockenwellenlagerstelle ausgebildet sein kann. Als weitere, nicht dargestellte Alternative besteht auch die Möglichkeit, eine der Außenhülsen einteilig mit der Innenhülse zu fertigen und darauf nur eine Außenhülse aufzupressen.
Bezugszeichenliste

1: Nockenwelle
2: Trägerwelle
3: Nockenstück
4: Nocken
5: Nocken
6: Nockenfolger / Nockenrolle
7: Gaswechselventil
8: Nutbahn
9: Nutbahn
10: Aktuatorstift
11: Axialnutring
12: Aktuator
13: Magnetanker
14: Rückstellfeder
15: Axialanschlag
16: Nutwand
17: Nutwand
18: Nutgrund
19: Innenhülse
20: Außenhülse
21: Außenhülse

ZITATE ENTHALTEN IN DER BESCHREIBUNG
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Zitierte Patentliteratur

DE 102009009080 A1 [0003]

Claims

Ventiltrieb eines Verbrennungsmotors, mit einer Nockenwelle (1), die eine Trägerwelle (2) und ein darauf drehfest und zwischen zwei Axialpositionen verschiebbar angeordnetes Nockenstück (3) umfasst, das zumindest eine Nockengruppe (4, 5) mit unterschiedlichen Nockenerhebungen und eine Axialnut mit zwei sich axial entgegengesetzt erhebenden Nutbahnen (8, 9) aufweist, deren Axialerhebungen jeweils dem Abstand zwischen beiden Axialpositionen entsprechen und die in Umfangsrichtung der Axialnut vollständig hintereinander angeordnet sind, und mit einem Aktuator (12), der einen in die Axialnut einfahrbaren Aktuatorstift (10) zum Verschieben des Nockenstücks (3) in Richtung beider Nutbahnen (8, 9) umfasst, dadurch gekennzeichnet, dass die Axialnut einen Nutgrund (18) mit umfänglich konstantem Nutgrundradius (R) aufweist, wobei der Aktuator (12) eine Rückstellfeder (14) umfasst, die den Aktuatorstift (10) entgegen der Einfahrrichtung kraftbeaufschlagt.
Ventiltrieb nach Anspruch 1, dadurch gekennzeichnet, dass die Axialnut durch eine Innenhülse (19) und zwei die Innenhülse (19) umschließende Außenhülsen (20, 21) begrenzt ist, wobei der Nutgrund (18) durch den Außenmantel der Innenhülse (19) gebildet ist und wobei die Nutwände (16, 17) durch die einander zugewandten Stirnflächen der Außenhülsen (20, 21) gebildet sind.