DE102013220554B4 - Hubvariabler Ventiltrieb einer Brennkraftmaschine - Google Patents
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Abstract
Vorgeschlagen ist ein Ventiltrieb (1) einer Brennkraftmaschine, mit einer Nockenwelle, die eine Trägerwelle (2) und ein darauf drehfest und zwischen zumindest zwei Axialpositionen verschiebbar angeordnetes Nockenstück (3) umfasst, das eine Nockengruppe mit unterschiedlichen Nockenerhebungen und eine nutartige Axialkulisse (7) mit äußeren Führungswänden (12, 13, 14, 15) zur Vorgabe zweier sich in einem Kreuzungsbereich (11) kreuzender Kulissenbahnen (8, 9) aufweist, und mit zumindest einem Betätigungsstift (10) zum Verschieben des Nockenstücks in Richtung beider Kulissenbahnen, wobei die Kulissenbahnen (8, 9) radial höhenversetzt zueinander verlaufen, so dass die tiefere Kulissenbahn (9) nach dem Kreuzungsbereich auch durch eine innere Führungswand (18) vorgegeben ist, die durch den Höhenversatz gebildet ist. Dabei soll die höhere Kulissenbahn (8) nach dem Kreuzungsbereich auch durch eine weitere innere Führungswand (19) vorgegeben sein, die ortsfest in der Axialkulisse aufragt und sich axial lückenlos an diejenige äußere Führungswand (12) anschließt, die die höhere Kulissenbahn vor dem Kreuzungsbereich vorgibt.
Description
- Die Erfindung betrifft einen Ventiltrieb einer Brennkraftmaschine, mit einer Nockenwelle, die eine Trägerwelle und ein darauf drehfest und zwischen zumindest zwei Axialpositionen verschiebbar angeordnetes Nockenstück umfasst, das eine Nockengruppe benachbarter Nocken mit unterschiedlichen Nockenerhebungen und eine nutartige Axialkulisse mit äußeren Führungswänden zur Vorgabe zweier sich in einem Kreuzungsbereich kreuzender Kulissenbahnen aufweist, und mit zumindest einem in die Axialkulisse einspurenden Betätigungsstift zum Verschieben des Nockenstücks in Richtung beider Kulissenbahnen. Der Nutgrund der einen Kulissenbahn und der Nutgrund der anderen Kulissenbahn verlaufen radial höhenversetzt zueinander, so dass die tiefere Kulissenbahn nach dem Kreuzungsbereich auch durch eine innere Führungswand vorgegeben ist, die durch den Höhenversatz gebildet ist.
- Hintergrund der Erfindung
- Ein hubvariabler Ventiltrieb mit einer derartigen Axialkulisse, bei der ein Betätigungsstift ausreicht, um das Nockenstück entlang der beiden sich kreuzenden Kulissenbahnen in zwei Axialpositionen zu verschieben, ist aus der
DE 10 2009 053 116 A1 bekannt. Die nach dem Kreuzungsbereich fehlende Zwangsführung des Nockenstücks am eingespurten Betätigungsstift soll dort durch innere Führungswände wiederhergestellt werden, die durch den radialen Höhenversatz der beiden Kulissenbahnen erzeugt werden. Dies ist jedoch nur bei der radial tieferen Kulissenbahn möglich, und im Hinblick auf die vollständige Zwangsführung des Nockenstücks entlang der radial höheren Kulissenbahn ist es unter anderem vorgeschlagen, die weitere Verschiebung des Nockenstücks in dessen axiale Zielposition mittels der federbelasteten Arretierung zu erzwingen, die das Nockenstück in dessen Axialpositionen auf der Trägerwelle fixiert. - Die
DE 10 2008 024 911 A1 zeigt ebenfalls eine Axialkulisse mit sich kreuzenden Kulissenbahnen, die jedoch ohne Höhenversatz zueinander verlaufen. Die inneren Führungswände sind in diesem Fall durch flexible Leitbleche gebildet, die durch den Betätigungsstift selbst aktiviert zwischen den äußeren Führungswänden hin- und herklappen und die nach dem Kreuzungsbereich das Nockenstück entlang beider Kulissenbahnen am Betätigungsstift zwangsführen. - Beiden genannten Konstruktionen mangelt es jedoch an betrieblich ausreichend robuster Funktionsweise.
- In der
DE 10 2009 006 632 A1 ist eine Axialkulisse mit sich kreuzenden Kulissenbahnen offenbart, die vor und nach dem Kreuzungsbereich sowohl durch äußere als auch durch innere Führungswände vorgegeben sind. Voraussetzung hierfür ist jedoch ein im Hinblick auf den erforderlichen Bauraum ungünstig großes Verhältnis zwischen dem (dann großen) Axialhub der Kulissenbahnen und dem (dann kleinen) Durchmesser des Betätigungsstifts. - Weitere hubvariable Ventiltriebe mit verschiebbaren Nockenstücken sind aus der
DE 20 2009 011 804 U1 ,DE 196 11 641 C1 ,EP 2 636 860 A1 undDE 10 2011 114 300 A1 bekannt. - Aufgabe der Erfindung
- Aufgabe der Erfindung ist es, einen Ventiltrieb der eingangs genannten Art mit einer konstruktiv verbesserten Axialkulisse anzugeben.
- Zusammenfassung der Erfindung
- Diese Aufgabe wird durch die Merkmale des Anspruchs 1 gelöst. Demnach soll die höhere Kulissenbahn nach dem Kreuzungsbereich auch durch eine weitere innere Führungswand vorgegeben sein, die ortsfest in der Axialkulisse vom Nutgrund der höheren Kulissenbahn aufragt und sich axial lückenlos an diejenige äußere Führungswand anschließt, die die höhere Kulissenbahn vor dem Kreuzungsbereich vorgibt. Der axial lückenlose Anschluss der weiteren inneren Führungswand bewirkt selbst in dem betrieblichen Extremfall, in dem die Trägheitskräfte des sich verschiebenden Nockenstücks nicht ausreichen, das Nockenstück über den Kreuzungsbereich hinaus zu verschieben, eine radial nachgelagerte Zwangsverschiebung in die axiale Zielposition. Unter dem Begriff 'axial lückenlos' ist zu verstehen, dass das in Nockendrehrichtung auflaufende Ende der weiteren inneren Führungswand entweder ohne (oder allenfalls mit geringfügigem) Axialversatz oder axial überlappend an das in Nockendrehrichtung ablaufende Ende der äußeren Führungswand anschließt, die die höhere Kulissenbahn vor dem Kreuzungsbereich vorgibt. Eine radiale Lücke zwischen diesen beiden Führungswänden ist aufgrund der sich kreuzenden Kulissenbahnen erforderlich.
- Kurze Beschreibung der Zeichnungen
- Weitere Merkmale der Erfindung ergeben sich aus der nachfolgenden Beschreibung und aus den Zeichnungen, in denen ein Ausführungsbeispiel einer Axialkulisse für einen erfindungsgemäßen Ventiltrieb dargestellt ist. Sofern nicht anders erwähnt, sind dabei gleiche oder funktionsgleiche Merkmale oder Bauteile mit gleichen Bezugszahlen versehen. Es zeigen:
-
1 einen Ausschnitt eines bekannten hubvariablen Gaswechselventiltriebs einer Brennkraftmaschine in Seitenansicht; -
2 eine erfindungsgemäße Axialkulisse in isolierter Draufsicht; -
3 eine schematisch bemaßte Abwicklung der Axialkulisse gemäß2 . - Ausführliche Beschreibung der Zeichnungen
-
1 zeigt einen bekannten hubvariablen Gaswechselventiltrieb1 einer Brennkraftmaschine, dessen grundlegendes Funktionsprinzip sich dahingehend zusammenfassen lässt, dass eine konventionell starr ausgebildete Nockenwelle durch eine außenverzahnte Trägerwelle2 und darauf mittels Innenverzahnung drehfest und axialverschiebbar gelagerte Nockenstücke3 ersetzt ist. Jedes Nockenstück3 weist zwei Gruppen axial unmittelbar benachbarter Nocken4a und4b auf, deren unterschiedliche Nockenerhebungen mittels Schlepphebeln5 auf die Gaswechselventile6 übertragen werden. Die zur betriebspunktabhängigen Aktivierung des jeweiligen Nockens4a oder4b erforderliche Verschiebung des Nockenstücks3 auf der Trägerwelle2 erfolgt über zwei Axialkulissen7' mit nutförmigen Kulissenbahnen8' und9' am Nockenstück3 , die sich entsprechend der Verschieberichtung in ihrer Orientierung unterscheiden und in die, je nach momentaner Stellung des Nockenstücks3 , jeweils ein Betätigungsstift10 eines Aktuators (nicht dargestellt) einspurt. - Die
2 und3 zeigen jeweils in einer vom zugehörigen Nockenstück3 isolierten Darstellung eine erfindungsgemäße Axialkulisse7 , deren nutförmige Kulissenbahnen8 und9 sich in einem Kreuzungsbereich11 kreuzen. Wie dargestellt, reicht hierbei ein einziger Betätigungsstift10 aus, um das in der eingezeichneten Pfeilrichtung drehende Nockenstück3 in beide Axialrichtungen der Kulissenbahnen8 ,9 zu verschieben. In diesem Fall ist der Ventiltrieb mit zwei Nocken4a ,4b pro Nockengruppe zweistufig hubvariabel. Im Falle von zwei axial nebeneinander angeordneten Betätigungsstiften10 , die selektiv in die Axialkulisse7 einspuren, kann das Nockenstück3 alternativ auch in drei Axialpositionen verschoben werden und dementsprechend ein dreistufig hubvariabler Ventiltrieb mit drei Nocken pro Nockengruppe dargestellt werden. - Die beiden Kulissenbahnen
8 und9 werden vor und nach dem Kreuzungsbereich11 durch äußere Führungswände12 ,13 ,14 ,15 vorgegeben: vor dem Kreuzungsbereich11 beschleunigt sich das am Betätigungsstift10 abstützende Nockenstück3 an den beiden äußeren Führungswänden12 und13 in den Figuren nach links bzw. nach rechts. Hinter dem Kreuzungsbereich11 wird das sich entlang der einen Kulissenbahn8 weiterhin nach links verschiebende Nockenstück3 mit der äußeren Führungswand14 am Betätigungsstift10 verzögert. Analog hierzu wird das sich entlang der anderen Kulissenbahn9 weiterhin nach rechts verschiebende Nockenstück3 mit der äußeren Führungswand15 am Betätigungsstift10 verzögert. - Dieser jeweils verzögernde Kontakt setzt jedoch eine ausreichende Massenträgheit des sich verschiebenden Nockenstücks
3 voraus, die von der Nockenwellendrehzahl abhängt. Um auch unterhalb einer für diese Massenträgheit relevanten Grenzdrehzahl einen erfolgreichen, d. h. ausreichend weiten Verschiebevorgang des Nockenstücks3 in dessen nächste axiale Zielposition zu ermöglichen, verlaufen der Nutgrund16 der einen Kulissenbahn8 und der Nutgrund17 der anderen Kulissenbahn9 radial höhenversetzt zueinander. Dieser Höhenversatz bewirkt, dass die radial tiefere Kulissenbahn9 nach dem Kreuzungsbereich11 auch durch eine innere Führungswand18 vorgegeben ist. Um das Risiko zu verringern, dass sich der Betätigungsstift10 im Kreuzungsbereich11 in der tieferen Kulissenbahn9 verhakt, wenn der Betätigungsstift10 entlang der radial höheren Kulissenbahn8 verfährt, kann es optional vorgesehen sein, dass die Nuttiefe der höheren Kulissenbahn8 hinter dem Kreuzungsbereich11 geringer als davor ist. - Die höhere Kulissenbahn
8 ist ebenfalls durch eine Zwangsführung nach dem Kreuzungsbereich11 vorgegeben. Dies erfolgt durch eine weitere innere Führungswand19 , die entlang ihrer Umfangsrichtung einen Axialhub in Richtung der höheren Kulissenbahn8 aufweist und die auf einer der beiden Längsseiten eines länglichen Vorsprungs20 verläuft, der in der Axialkulisse7 ähnlich einer Insel ortsfest angeordnet ist und darin erst gegen Ende des Verschiebebereichs21 vom Nutgrund16 der höheren Kulissenbahn8 aufragt. Die andere Längsseite22 des länglichen Vorsprungs20 ist als stufenlose Erhöhung der inneren Führungswand18 der tieferen Kulissenbahn9 ausgebildet. Dies vereinfacht die Herstellbarkeit der Axialkulisse7 , da die innere Führungswand18 und die andere Längsseite22 des Vorsprungs20 in demselben Arbeitsgang gefräst werden können. - Der längliche Vorsprung
20 erstreckt sich in Umfangsrichtung der Axialkulisse7 zunächst über den Verschiebebereichsteil23 , dann über den Ausspurbereich24 , innerhalb dessen der oder die Betätigungsstifte10 aufgrund der dort radial ansteigenden Kulissenbahnen8 ,9 aus der Axialkulisse7 herausfahren, anschließend über den mit Unterbrechung verkürzt dargestellten Einspurbereich25 , innerhalb dessen der oder die Betätigungsstifte10 in die radial abfallenden Kulissenbahnen8 ,9 einspuren und schließlich über den Beschleunigungsteil des Verschiebebereichs21 bis zum Kreuzungsbereich11 . - Die in
3 gepunktet dargestellte Hilfslinie, die das drehrichtungsbezogene Ende der äußeren Führungswand12 mit dem drehrichtungsbezogenen Anfang der weiteren inneren Führungswand19 verbindet, verläuft senkrecht zur Drehachse26 der Axialkulisse7 (siehe1 und2 ). Folglich schließt sich die weitere innere Führungswand19 axial lückenlos und versatzfrei an die äußere Führungswand12 an. In einer nicht dargestellten Alternativausführung kann die weitere innere Führungswand19 auch weiter links in der Figur entsprechend einer axialen Überlappung gegenüber dem Ende der äußeren Führungswand12 anfangen. - Weiterhin verdeutlicht
3 , dass der sich vom Einspurbereich25 bis zum Kreuzungsbereich11 erstreckende Axialhub27 der höheren Kulissenbahn8 größer als der sich vom Einspurbereich25 bis zum Kreuzungsbereich11 erstreckende Axialhub28 der tieferen Kulissenbahn9 ist. Dies kann bei hoher Nockenwellendrehzahl bewirken, dass der verzögernd wirkende Umfangswinkel der äußeren Führungswand14 zu gering ist. Um diesen Zustand zu entschärfen, kann die äußere Führungswand alternativ auch den mit14' bezeichneten Verlauf mit einer Konkavität aufweisen, die die äußere Führungswand14 im Verschiebebereichsteil23 und im Ausspurbereich24 axial überragt. Dabei kann die axiale Erstreckung der Konkavität so groß sein, dass sich das Nockenstück3 zunächst im Bereich des tiefsten Punkts der Konkavität über die axiale Zielposition hinaus schiebt und anschließend wieder zurück verlagert wird. - Bezugszeichenliste
-
- 1
- Gaswechselventiltrieb
- 2
- Trägerwelle
- 3
- Nockenstück
- 4a, 4b
- Nocken
- 5
- Schlepphebel
- 6
- Gaswechselventil
- 7, 7'
- Axialkulisse
- 8, 8'
- Kulissenbahn
- 9, 9'
- Kulissenbahn
- 10
- Betätigungsstift
- 11
- Kreuzungsbereich
- 12
- äußere Führungswand
- 13
- äußere Führungswand
- 14
- äußere Führungswand
- 14'
- Verlauf
- 15
- äußere Führungswand
- 16
- Nutgrund der Kulissenbahn
8 - 17
- Nutgrund der Kulissenbahn
9 - 18
- innere Führungswand
- 19
- weitere innere Führungswand
- 20
- Vorsprung
- 21
- Verschiebebereich
- 22
- Längsseite des Vorsprungs
20 - 23
- Verschiebebereichsteil
- 24
- Ausspurbereich
- 25
- Einspurbereich
- 26
- Drehachse der Axialkulisse
7 - 27
- Axialhub der Kulissenbahn
8 - 28
- Axialhub der Kulissenbahn
9
Claims (4)
- Ventiltrieb (
1 ) einer Brennkraftmaschine, mit einer Nockenwelle, die eine Trägerwelle (2 ) und ein darauf drehfest und zwischen zumindest zwei Axialpositionen verschiebbar angeordnetes Nockenstück (3 ) umfasst, das zumindest eine Nockengruppe benachbarter Nocken (4a ,4b ) mit unterschiedlichen Nockenerhebungen und eine nutartige Axialkulisse (7 ) mit äußeren Führungswänden (12 ,13 ,14 ,15 ) zur Vorgabe zweier sich in einem Kreuzungsbereich (11 ) kreuzender Kulissenbahnen (8 ,9 ) aufweist, und mit zumindest einem in die Axialkulisse (7 ) einspurenden Betätigungsstift (10 ) zum Verschieben des Nockenstücks (3 ) in beide Axialrichtungen der Kulissenbahnen (8 ,9 ), wobei der Nutgrund (16 ) der einen Kulissenbahn (8 ) und der Nutgrund (17 ) der anderen Kulissenbahn (9 ) radial höhenversetzt zueinander verlaufen, so dass die tiefere Kulissenbahn (9 ) bezüglich der Nockendrehrichtung hinter dem Kreuzungsbereich (11 ) auch durch eine innere Führungswand (18 ) vorgegeben ist, die durch den Höhenversatz gebildet ist, dadurch gekennzeichnet, dass die höhere Kulissenbahn (8 ) bezüglich der Nockendrehrichtung hinter dem Kreuzungsbereich (11 ) auch durch eine weitere innere Führungswand (19 ) vorgegeben ist, die ortsfest in der Axialkulisse (7 ) vom Nutgrund (16 ) der höheren Kulissenbahn (8 ) aufragt und sich axial lückenlos an diejenige äußere Führungswand (12 ) anschließt, die die höhere Kulissenbahn (8 ) bezüglich der Nockendrehrichtung vor dem Kreuzungsbereich (11 ) vorgibt. - Ventiltrieb nach Anspruch 1, dadurch gekennzeichnet, dass sich die weitere innere Führungswand (
19 ) axial versatzfrei an diejenige äußere Führungswand (12 ) anschließt, die die höhere Kulissenbahn (8 ) bezüglich der Nockendrehrichtung vor dem Kreuzungsbereich (11 ) vorgibt. - Ventiltrieb nach Anspruch 1 oder 2, dadurch gekennzeichnet, dass der sich bezüglich der Nockendrehrichtung bis zum Kreuzungsbereich (
11 ) erstreckende Axialhub (27 ) der höheren Kulissenbahn (8 ) größer als der sich bezüglich der Nockendrehrichtung bis zum Kreuzungsbereich (11 ) erstreckende Axialhub (28 ) der tieferen Kulissenbahn (9 ) ist. - Ventiltrieb nach einem der vorhergehenden Ansprüche, dadurch gekennzeichnet, dass die weitere innere Führungswand (
19 ) auf einer der beiden Längsseiten eines länglichen Vorsprungs (20 ) verläuft, dessen andere Längsseite (22 ) als stufenlose Erhöhung der inneren Führungswand (18 ) der tieferen Kulissenbahn (9 ) ausgebildet ist.
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