DE102014008156A1 - Ventiltrieb für eine Brennkraftmaschine - Google Patents
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Abstract
Es ist bekannt unterschiedliche Nockenkonturen (6a1; 6a2; 6b1; 6b2) auf der Nockenwelle (2) einzustellen, indem Schaltelemente (12a, 12b) in Schaltkonturen (8a, 8b) eingreifen und Nockenstücke (4) axial auf der Nockenwelle (2) verschieben. Nachteilig ist dabei, dass die Schaltelemente (12a, 12b) hohen Kräften ausgesetzt sind, was zu einem schnellen Verschleiß der Schaltelemente (12a, 12b) führt. Die Schaltelemente (12a, 12b) müssen dementsprechend stark dimensioniert werden, was zu erhöhtem Gewicht und benötigtem Bauraum führt. Zur Verbesserung hinsichtlich Verschleiß, erhöhter Betriebssicherheit und Gewicht sowie Bauraum wird vorgeschlagen, dass die Schaltelemente (12a, 12b) aus zumindest teilweise durch Nitrierung gehärtetem Stahl und die Schaltkonturen (8a, 8b) aus gehärtetem Wälzlagerstahl bestehen. Die Erfindung ist für Ventiltriebe für Brennkraftmaschinen vorgesehen.
Description
- Die Erfindung betrifft einen Ventiltrieb für eine Brennkraftmaschine nach dem Oberbegriff des Anspruchs 1.
- Aus der
DE 19611641 C1 ist bereits ein gattungsgemäßer Ventiltrieb bekannt. Das Nockenstück besitzt dabei mehrere unterschiedliche Nockenkonturen, die mit einem Hubventil in Wirkverbindung stehen. Die unterschiedlichen Nockenkonturen werden dabei durch axiales Verschieben des Nockenstücks auf der Nockenwelle eingestellt. Zum Verschieben des Nockenstücks fährt ein Schaltelement in Form eines Schaltpins in eine Schaltkontur in Form einer Schaltnut ein. Der Schaltpin folgt der Schaltnut und verschiebt so das Nockenstück in axialer Richtung. Dabei wirken hohe Kräfte auf den Schaltpin, was zu einem schnellen Verschleiß des Schaltpins führt. Der Schaltpin muss dementsprechend stark dimensioniert werden, was zu erhöhtem Gewicht und benötigtem Bauraum führt. - Der Erfindung liegt die Aufgabe zugrunde, einen Ventiltrieb für eine Brennkraftmaschine zu schaffen, dessen Schaltelement einen geringeren Verschleiß besitzt und folglich leichter und dünner ausgelegt werden kann und dessen Lebensdauer erhöht wird.
- Erfindungsgemäß wird die Aufgabe durch die Merkmale des Anspruches 1 gelöst. Der Ventiltrieb besteht aus einer Nockenwelle, die aus einer Trägerwelle mit wenigstens einem drehfest und axial auf der Trägerwelle verschiebbaren Nockenstück besteht, welches durch ein Schaltelement mit zumindest einem Betätigungselement, das in eine Schaltkulisse eingreift, verschiebbar ist. Das Nockenstück ist durch die Kontur der Schaltkulisse von einer ersten axialen Endposition in eine zumindest zweite axiale Endposition verschiebbar. Das Betätigungselement besteht dabei erfindungsgemäß zumindest teilweise aus nitriertem Stahl bzw. durch Nitrierung gehärteten Stahl. Durch die Nitrierung des Betätigungselements wird der Verschließ, der aufgrund der starken Belastung, wie Hertzsche Pressung und Reibgeschwindigkeit, zwischen Betätigungselement und Schaltkontur entsteht, minimiert.
- Weitere Ausgestaltungen ergeben sich aus den Unteransprüchen.
- Eine besonders vorteilhafte Materialpaarung ergibt sich, wenn die Schaltkontur aus gehärtetem Wälzlagerstahl besteht.
- Besonders vorteilhaft ist, wenn das Betätigungselement nur im vorderen, in die Schaltkontur eingreifenden Teil nitriert ist.
- Dabei ist eine Plasmanitrierung als Nitrierung des Betätigungselements besonders geeignet.
- Ein Betätigungselement in Form eines Betätigungsbolzens ist dabei besonders vorteilhaft.
- Weitere Vorteile ergeben sich aus der folgenden Zeichnungsbeschreibung. In der Zeichnung ist ein Ausführungsbeispiel der Erfindung dargestellt.
- Dabei zeigen:
-
1 ausschnittweise den Ventiltrieb für eine Brennkraftmaschine in einer ersten Endposition und -
2 ausschnittweise den Ventiltrieb wie in1 in einer ersten Endposition mit betätigtem Schaltelement und -
3 ausschnittweise den Ventiltrieb wie in1 in einer zweiten Endposition und -
4 ausschnittweise den Ventiltrieb wie in2 in einer zweiten Endposition mit betätigtem Schaltelement. - Der erfindungsgemäße Ventiltrieb umfasst eine Nockenwelle
1 , die aus einer Trägerwelle2 besteht, welche in wenigstens zwei Nockenwellenlagern3a ,3b entsprechend links und rechts gelagert ist. Die Trägerwelle2 weist wenigstens ein Nockenstück4 pro Zylinder der Brennkraftmaschine auf, welches aus einem mittigen Teil5 und daran jeweils links und rechts endseitig anschließenden Nockenabschnitten6a ,6b besteht, gefolgt von jeweils einer Schaltkulisse7a ;7b . Jede Schaltkulisse7a ;7b besitzt eine Schaltkontur8a ;8b , zum Beispiel in Form einer wendelförmig umlaufenden Nut, deren Nuttiefe veränderlich ist. Die in1 links dargestellte Schaltkontur8a hat eine wendelförmig nach rechts bzw. zum inneren Nockenabschnitt6a bzw. zu den Nockenkonturen6a1 ,6a2 verlaufende Nut. Die rechts dargestellte Schaltkontur8b verläuft ebenso spiegelsymmetrisch von rechts nach links zu den Nockenkonturen6b1 ,6b2 hin. Die Nockenabschnitte6a ,6b weisen jeweils zwei verschiedene Nockenkonturen6a2 ,6a2 ;6b1 ,6b2 auf. Die Nockenkonturen6a2 ,6a2 ;6b1 ,6b2 besitzen unterschiedliche Außenkonturen und bewirken so verschiedene Betätigungscharakteristiken für Gaswechselventile. An die Nockenabschnitte6a ,6b greifen Abnehmer bzw. Nockenfolger zum Beispiel in Form von Schlepphebeln9a ;9b an, die entsprechend vorgesehende Gaswechselventile betätigen. Es handelt sich beim Ausführungsbeispiel um Einlassventile, es können aber auch Auslassventile mit dem erfindungsgemäßen Ventiltrieb geschaltet werden. Durch die verschiedenen Betätigungscharakteristiken der Gaswechselventile lassen sich je nach Leistungsbedarf der Brennkraftmaschine unterschiedliche Ventilhübe einstellen. Dies erfolgt durch Verschieben des Nockenstücks4 mit seinen Nockenkonturen6a1 ,6a2 ,6b1 ,6b2 auf der Trägerwelle2 . Die zwei Nockenkonturen6a1 ,6a2 des einen Nockenabschnitts6a stehen je nach Position des Nockenstücks4 auf der Trägerwelle2 abwechselnd mit einem ersten einlassseitigen Gaswechselventil, die zwei Nockenkonturen6b1 ,6b2 des anderen Nockenabschnitts6b mit einem zweiten einlassseitigen Gaswechselventil über die Schlepphebel9a ,9b in Wirkverbindung. Das Nockenstück4 ist auf der Trägerwelle2 drehfest und axial verschiebbar mittels einer nicht dargestellten Längsverzahnung verbunden. Die innenseitig vorgesehende Längsverzahnung des Nockenstücks4 greift dabei in eine korrespondierende Außenverzahnung der Trägerwelle2 ein, so dass Längsverschiebungen des Nockenstücks4 auf der Trägerwelle2 möglich sind, aber in Umfangsrichtung eine drehfeste Verbindung erfolgt. - Weiter besitzt der erfindungsgemäße Ventiltrieb zwei Schaltelemente
10a ,10b mit jeweils einem Aktuator11a ;11b , der beispielsweise elektromagnetisch betätigbar ist. Der Aktuator11a ;11b verschiebt ein axial zum Nockenstück4 verlaufendes Betätigungselement, beispielsweise einem Betätigungsbolzen12a ;12b , das dann in die Schaltkontur8a ;8b der Schaltkulisse7a ;7b eingreift. Der Eingriff des Betätigungselements12a ,12b ist nur in einer bestimmten Stellung der Schaltkulissen7a ,7b möglich. - In
1 befindet sich das Nockenstück4 auf der Trägerwelle2 in einer ersten Endposition. Dabei stehen jeweils die Nockenkonturen6a1 ,6b1 über die Schlepphebel9a ,9b mit den Gaswechselventilen in Wirkverbindung. Im Folgenden wird beschrieben, wie das Nockenstück4 in seine in3 dargestellte zweite Endposition gelangt. Das Nockenstück4 wird durch das Betätigen des linken Schaltelements10a axial auf der Trägerwelle2 in die zweite, in3 dargestellte Endposition verschoben, indem das Betätigungselement12a , wie in2 gezeigt, in Pfeilrichtung13 in die Schaltkulisse7a im Nockenstück4 eingreift und der Schaltkontur8a der Schaltkulisse7a folgt. Beim Erreichen der zweiten Endposition wird das Betätigungselement12a deaktiviert, indem die Schaltkulisse7a durch Reduzierung der Tiefe der Nut der Schaltkontur8a das Betätigungselement12a in seine Ausgangposition zurückdrückt. Durch den Eingriff und die Form der Schaltkulisse7a kommt es zu einem Verschieben des Nockenstücks4 nach links. Nun stehen, wie in3 gezeigt, jeweils die Nockenkonturen6a2 ,6b2 über die Schlepphebel9a ,9b mit den Gaswechselventilen in Wirkverbindung. - Zum Erneuten axialen Verschieben des Nockenstücks
4 in die erste, in1 dargestellte Endposition auf der Trägerwelle2 greift das rechte Betätigungselement12b in Pfeilrichtung13 in die Schaltkulisse7b im Nockenstück4 ein. Folglich verläuft die Verschiebung analog zum oben beschriebenen Ablauf. - Beim Verschieben des Nockenstücks
4 auf der Trägerwelle2 in die jeweiligen Endpositionen, wirken durch die Flächenpressung und die hohe Reibgeschwindigkeit zwischen dem Betätigungselement12a ;12b und der Schaltkontur8a ;8b in den Kontaktbereichen15a ;15b ,16a ;16b hohe Kräfte auf das Bestätigungselement12a ;12b und die Schaltkontur8a ;8b , was zu einem erhöhten Verschleiß des Betätigungselements12a ;12b und/oder der Schaltkontur8a ;8b führt. Um einen Ausfall des Systems, z. B. durch Bruch des Betätigungselements12a ;12b , und/oder die konstruktive Vergrößerung des Durchmessers des Betätigungselements12a ;12b zu vermeiden, wird das Betätigungselement12a ;12b zumindest partiell nitriert und die Schaltkontur8a ;8b aus gehärtetem Wälzlagerstahl gefertigt. Durch die veränderten Materialeigenschaften des Betätigungselements12a ;12b und der Schaltkontur8a ;8b in Form erhöhter Oberflächenhärte wird der Verschleiß zwischen diesen beiden Bauteilen minimiert, was zu einer erhöhten Lebensdauer des Systems führt und das Betätigungselement12a ;12b konstruktiv mit kleinerem Durchmesser ausgelegt werden kann, was zu Verbesserungen bzgl. Gewicht und Bauraum des System führt. Besonders die Paarung aus nitriertem Betätigungselement12 ;12b und gehärteter Schaltkontur8a ;8b aus Wälzlagerstahl führt zu geringem Verschleiß, da der Reibkoeffizient zwischen beiden Bauteilen in den Kontaktbereichen15a ;15b ,16a ;16b verringert wird. Das Betätigungselement12a ,12b wird dabei nur im vorderen Teil14a ;14b , welches beim Verschieben des Nockenstücks4 auf der Trägerwelle2 mit der Schaltkontur8a ;8b in Kontakt steht, plasmanitriert. Der Rest des Betätigungselements12a ;12b wird dazu während des Nitriervorgangs mit einer Kulisse abgedeckt, so dass nur der vordere Teil14a ;14b frei liegt und nitriert werden kann. So kann das Betätigungselement12 ;12b partiell im Kontaktbereich von Betätigungselement12 ;12b und Schaltkontur8a ;8b und damit im Bereich der hohen mechanischen Belastung dieser Bauteile gehärtet werden. Das Betätigungselement12a ;12b kann dabei aus Einsatzstahl oder aus besonders gut nitrierbarem Nitrierstahl sein. - ZITATE ENTHALTEN IN DER BESCHREIBUNG
- Diese Liste der vom Anmelder aufgeführten Dokumente wurde automatisiert erzeugt und ist ausschließlich zur besseren Information des Lesers aufgenommen. Die Liste ist nicht Bestandteil der deutschen Patent- bzw. Gebrauchsmusteranmeldung. Das DPMA übernimmt keinerlei Haftung für etwaige Fehler oder Auslassungen.
- Zitierte Patentliteratur
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- DE 19611641 C1 [0002]
Claims (5)
- Ventiltrieb für eine Brennkraftmaschine mit einer Nockenwelle, die aus einer Trägerwelle mit wenigstens einem drehfest und axial auf der Nockenwelle verschiebbaren Nockenstück besteht, welches durch ein Schaltelement mit zumindest einem Betätigungselement, das in eine Schaltkontur eingreift, von einer ersten axialen Endposition in eine zumindest zweite axiale Endposition verschiebbar ist, dadurch gekennzeichnet, dass das Betätigungselement (
12a ;12b ) aus zumindest teilweise durch Nitrierung gehärtetem Stahl besteht. - Ventiltrieb nach Anspruch 1, dadurch gekennzeichnet, dass die Schaltkontur (
8a ;8b ) aus gehärtetem Stahl, insbesondere Wälzlagerstahl besteht. - Ventiltrieb nach Anspruch 1 oder 2, dadurch gekennzeichnet, dass das Betätigungselement (
12a ;12b ) nur im vorderen, in die Schaltkontur (8a ;8b ) eingreifenden Teil (14a ;14b ) nitriert ist. - Ventiltrieb nach einem der vorangehenden Ansprüche, dadurch gekennzeichnet, dass es sich bei der Nitrierung des Betätigungselements (
12a ;12b ) um eine Plasmanitrierung handelt. - Ventiltrieb nach einem der vorangehenden Ansprüche, dadurch gekennzeichnet, dass das Betätigungselements (
12a ;12b ) in Form eines Betätigungsbolzens ausgeführt ist.
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