DE102016015279A1

DE102016015279A1 - Ventiltrieb für eine Verbrennungskraftmaschine

Info

Publication number: DE102016015279A1
Application number: DE102016015279.6A
Authority: DE
Inventors: Markus Lengfeld; Jens Meintschel
Original assignee: Daimler AG
Current assignee: Mercedes Benz Group AG
Priority date: 2016-12-21
Filing date: 2016-12-21
Publication date: 2017-07-06

Abstract

Die Erfindung betrifft einen Ventiltrieb (10) für eine Verbrennungskraftmaschine mit einer Nockenwelle (20), auf welcher ein Nockenträgerelement (28) drehfest und verschiebbar angeordnet ist, welches in Bezug auf die Nockenwelle (20) jeweils aus einer ersten Stellung heraus in eine zweite Stellung und in eine dritte Stellung verschiebbar ist und mittels einer Arretierungseinrichtung (40) in der ersten, in der zweiten oder in der dritten Stellung lösbar arretierbar ist; einem auf dem Nockenträgerelement (28) angeordneten Nocken (32), welcher drei Nockenbahnen (34, 36, 38) umfasst, wobei ein Gaswechselventil der Verbrennungskraftmaschine in der ersten Stellung mittels einer ersten Nockenbahn (34), in der zweiten Stellung mittels einer zweiten Nockenbahn (36) und in der dritten Stellung mittels einer dritten (38) Nockenbahn steuerbar ist; wenigstens zwei auf dem Nockenträgerelement (28) ausgebildeten Steuerkurven (16, 18); einer Aktuatoreinrichtung (50), mittels welcher jeweils eines von zumindest zwei um deren jeweilige Längsachse rotierbare Verstellelemente (12, 14), welche jeweils eine zu der Längsachse senkrecht und konzentrisch mit einer Außenumfangsrichtung des Nockenträgerelements (28) verlaufende Quererstreckung aufweisen, zum axialen Verschieben des Nockenträgerelements (28) mit einer der Steuerkurven (16, 18) in Eingriff und außer Eingriff bringbar ist; und einem Ausrichtmittel, mittels welchem die Verstellelemente (12, 14) um ihre jeweilige Längsachse in eine Verstellposition drehbar sind, wobei das Nockenträgerelement (28) mittels eines zwischen eines Stempels (46) der Arretierungseinrichtung (40) und dem Nockenträgerelement (28) erzeugten Kraftschlusses in der ersten, in der zweiten oder in der dritten Stellung lösbar haltbar ist.

Description

Die Erfindung betrifft einen Ventiltrieb für eine Verbrennungskraftmaschine der im Patentanspruch 1 angegebenen Art.
Aus dem Stand der Technik, insbesondere aus dem Serienfahrzeugbau, sind für Verbrennungskraftmaschinen Ventilhubumschaltsysteme mit auf einer Nockenwelle axial verschiebbaren Nocken und/oder Nockenträgern bekannt.
So offenbart beispielsweise das Dokument DE 10 2013 206 311 A1 einen Ventiltrieb einer Brennkraftmaschine bzw. Verbrennungskraftmaschine, bei welchem ein Nockenträger auf einer Nockenwelle axial verschiebbar gelagert ist. Durch den verschiebbaren Nockenträger sind Gaswechselventile der Verbrennungskraftmaschine mittels einer von einer Vielzahl an voneinander unterschiedlichen mit der Nockenwelle verbundenen Nockenformen betätigbar. Eine Energie zum axialen Verschieben des Nockenträgers kann von einer Rotationsenergie der Nockenwelle entnehmbar sein, indem beispielsweise ein in Bezug auf eine Längsrichtung der Nockenwelle unverschiebbar angeordnetes, in radialer Richtung der Nockenwelle mittels einer beispielsweise als elektromagnetischer Aktor ausgeführten Aktuatoreinrichtung hin zu der Nockenwelle bewegbares Betätigungselement in eine an dem Nockenträger angeordnete helixförmige Schaltnut (S-Nut oder s-förmige Nut) eingreift. Eine Längsachse dieses Betätigungselements kann insbesondere senkrecht zu der Längsrichtung der Nockenwelle angeordnet sein. Unter einer Rotation der Nockenwelle ist der Nockenträger durch das in die Schaltnut eingreifende Betätigungselement aus einer Ausgangsposition in eine von der Ausgangsposition unterschiedliche Position axial verschiebbar. Das Betätigungselement kann in eine an dem Nockenträger angeordnete, zu der ersten helixförmigen Schaltnut gangunterschiedliche weitere helixförmige Schaltnut in Eingriff bringbar sein, wodurch der Nockenträger mittels der Rotationsenergie der Nockenwelle zurück in die Ausgangsposition anordenbar ist. Insbesondere können die beiden helixförmigen Schaltnuten an deren Enden zusammengeführt sein (Y-Nut oder y-förmige Schaltnut) oder sich an einer Kreuzungsstelle schneiden bzw. kreuzen (X-Nut oder x-förmige Schaltnut). Ein Verschiebevorgang des Nockenträgers erfolgt zumindest größtenteils jeweils während einer Grundkreisphase, das heißt, während das Gaswechselventil geschlossen, d. h. unbetätigt ist.
Ein derartiger Ventiltrieb wird mittels der in dem Dokument DE 10 2012 105 795 A1 vorhandenen Lehre weiterentwickelt, indem um deren Längsachse rotierbare Betätigungselemente mit einer quer zur Längsrichtung der Nockenwelle verlaufenden Erstreckung eingesetzt sind. Insbesondere können derartige Betätigungselemente zumindest teilweise im Wesentlichen zylindrisch, schiffförmig, oval oder ellipsoid ausgeführt sein. Ferner kann an dem Ventiltrieb eine Arretierungseinrichtung vorgesehen sein, welche dazu eingerichtet ist, den Nockenträger in der Ausgangsposition sowie in der von der Ausgangsposition unterschiedlichen Position lösbar zu halten. Mittels einem Ausrichtmittel sind die Betätigungselemente in eine korrekte, zum Einfahren in eine der Schaltnuten geeignete Position drehbar.
Darüber hinaus ist aus dem Stand der Technik bekannt, dass für den Nockenträger mit einer X-Nut, bei welchem die eingangs beschriebene Dreifach-Umschaltung realisiert ist, zwei Betätigungselemente eingesetzt sind.
Dadurch dass die Arretierungseinrichtung den Nockenträger formschlüssig in einer der Positionen lösbar hält, indem ein beispielsweise als Sperrkugel ausgeführtes Rastelement mittels einer Sperrfeder in eine mit dem Rastelement korrespondierende beispielsweise als Rastnut ausgeführte Rastelementaufnahme zwischen dem Nockenträger und der Nockenwelle anordenbar ist, sind für eine bestimmungsgemäße Funktion der Arretierungseinrichtung und des Ventiltriebs bauraumschädliche Toleranzen vorzusehen. Diese Toleranzen äußern sich beispielsweise in einem Versatz zwischen einer Mitte einer der Schaltnuten und einer Mittelachse des Betätigungselements. Beispielsweise durch eine trichterförmige Aufweitung der Schaltnuten ist trotz der Toleranzen sicherstellbar, dass die Betätigungselemente sicher in eine der Schaltnuten in Eingriff gebracht werden können. Für die trichterförmige Aufweitung ist jedoch weiterer Bauraum vorzusehen.
Bei einer ebenfalls formschlüssig arbeitenden Lösung, bei welcher die axiale Verriegelung des Nockenträgers in den einzelnen Positionen nach Abschluss eines Verschiebevorgangs unmittelbar durch das Betätigungselement erfolgt, kann es bei Ventiltrieben mit y- oder x-förmigen Schaltnuten durch eine an der Kreuzungsstelle der Nuten eingeschränkte Führung der Betätigungselemente unter einer Wirkung von axialen Störkräften zu einer unerwünschten axialen Verschiebung des Nockenträgers mit einer nachfolgenden stoßartigen Rückstellung kommen. Ferner führen die axialen Störkräfte zu einem besonders hohen Bedarf an Kraft, um die Betätigungselemente in eine der Schaltnuten in Eingriff zu bringen, da die Betätigungselemente quer zu deren Längsachse mit den axialen Störkräften beaufschlagt sind, wodurch eine besonders hohe Reibung, insbesondere zwischen den Betätigungselementen und der Aktuatoreinrichtung erzeugt ist.
Aufgabe der vorliegenden Erfindung ist es, einen besonders bauraumeffizienten Ventiltrieb für eine Verbrennungskraftmaschine bereitzustellen.
Diese Aufgabe wird erfindungsgemäß durch einen Ventiltrieb für eine Verbrennungskraftmaschine mit den Merkmalen des Patentanspruchs 1 gelöst. Vorteilhafte Ausgestaltungen mit zweckmäßigen Weiterbildungen der Erfindung sind in den übrigen Patentansprüchen angegeben.
Erfindungsgemäß ist demnach ein Ventiltrieb für eine Verbrennungskraftmaschine, insbesondere eines Kraftwagens, vorgesehen mit einer Nockenwelle, auf welcher ein Nockenträgerelement drehfest und verschiebbar angeordnet ist, welches in Bezug auf die Nockenwelle jeweils aus einer ersten Stellung heraus in eine zweite Stellung und in eine dritte Stellung verschiebbar ist und mittels einer Arretierungseinrichtung in der ersten, in der zweiten oder in der dritten Stellung lösbar arretierbar ist. Mit anderen Worten umgreift das Nockenträgerelement mit dessen Innenumfangsfläche eine damit korrespondierend ausgebildete Außenumfangsfläche der Nockenwelle, sodass die Nockenwelle (NW) und das Nockenträgerelement eine gemeinsame NW-Längsachse aufweisen. Beispielsweise kann zwischen der Innenumfangsfläche des Nockenträgerelements und der Außenumfangsfläche der Nockenwelle eine ineinandergreifende Keilverzahnung realisiert sein. Das Nockenträgerelement ist mittels der Arretierungseinrichtung auf der Nockenwelle jeweils in der ersten, der zweiten und der dritten Stellung haltbar, bis ein Verschiebevorgang des Nockenträgerelements erfolgt. Beispielsweise kann die Arretierungseinrichtung als ein Sperrkugel-System ausgeführt sein, wobei eine federgelagerte Sperrkugel teilweise in ein Material der Nockenwelle und teilweise in ein Material des Nockenträgerelements eingreift.
Ferner weist der Ventiltrieb einen auf dem Nockenträgerelement angeordneten Nocken auf, welcher drei Nockenbahnen umfasst, wobei ein Gaswechselventil der Verbrennungskraftmaschine in der ersten Stellung mittels einer ersten Nockenbahn, in der zweiten Stellung mittels einer zweiten Nockenbahn und in der dritten Stellung mittels einer dritten Nockenbahn steuerbar ist. So sind beispielsweise Hubverlauf und Steuerzeit des Gaswechselventils mittels der verschiedenen Nockenbahnen beeinflussbar, sodass – z. B. bei einer sogenannten Dreifach-Umschaltung – das Gaswechselventil bei dessen Betätigung beispielsweise einen Vollhub, einen Teilhub oder einen Nullhub ausführt. Hierdurch ist ein Brennverfahren der Verbrennungskraftmaschine optimierbar, d. h. im Gegensatz zu Verbrennungskraftmaschinen mit konventionellem, d. h. nicht verstellbarem Ventiltrieb sind beispielsweise neben einem verbesserten Ansprechverhalten, insbesondere eines Abgasturboladers, eine Verbrauchs- und Schadstoffreduzierung sowie eine Leistungs- bzw. Drehmomenterhöhung der Verbrennungskraftmaschine messbar.
Des Weiteren weist der Ventiltrieb wenigstens zwei auf dem Nockenträgerelement ausgebildete Steuerkurven auf. Die beispielsweise jeweils als eine Nut ausgebildeten Steuerkurven schneiden sich an einer Kreuzungsstelle und verlaufen abseits der Kreuzungsstelle, entlang einer Außenumfangsrichtung des Nockenträgerelements zueinander parallel nebeneinander, wodurch eine X-Nut gebildet ist. Beispielsweise können die Steuerkurven in der Außenumfangsfläche des Nockenträgerelements oder auf einem Kurventräger ausgebildet sein, um an dem Nockenträgerelement unverschiebbar und drehfest angeordnet zu sein. Im Gegensatz zu sich nicht schneidenden Steuerkurven ist die X-Nut besonders bauraumeffizient ausführbar.
Außerdem umfasst der Ventiltrieb eine Aktuatoreinrichtung, mittels welcher jeweils eines von zumindest zwei um deren jeweilige Längsachse rotierbare Verstellelemente, welche jeweils eine zu der Längsachse senkrecht und konzentrisch mit einer Außenumfangsrichtung des Nockenträgerelements verlaufende Quererstreckung aufweisen, zum axialen Verschieben des Nockenträgerelements in eine der Steuerkurven in Eingriff und außer Eingriff bringbar ist. Das heißt, damit während des Verschiebevorgangs des Nockenträgerelements mittels des in X-Nut eingreifenden Verstellelements insbesondere an der Kreuzungsstelle ein Formschluss zwischen dem jeweiligen Verstellelement und dem Nockenträgerelement gewährleistet ist, sind üblicherweise um deren Längsachse rotierbare Verstellelemente mit einer quer zur Längsrichtung der Nockenwelle verlaufenden Erstreckung eingesetzt. Ferner sind derartige Verstellelemente eingesetzt, damit im Gegensatz zu einem beispielsweise als zylindrischer Pin ausgebildetem Verstellelement bei dem Verschiebevorgang des Nockenträgerelements eine möglichst große Fläche des Verstellelements an einer Seitenwand der Steuerkurve anliegt, um eine Flächenpressung und in weiterer Betrachtung eine Hertz'sche Pressung zwischen diesem Verstellelement und dieser Seitenwand zu verringern.
Ferner weist der Ventiltrieb ein Ausrichtmittel auf, mittels welchem die Verstellelemente um ihre jeweilige Längsachse in eine Verstellposition drehbar sind. Das bedeutet, dass an dem Ventiltrieb Mittel vorgesehen sind, die auf die Verstellelemente einwirken, um diese in die Verstellposition auszurichten, damit die Verstellelemente zumindest bei einem In-Eingriff-Bringen in eine der Steuerkurven möglichst parallel zu der jeweiligen Steuerkurve angeordnet sind. Beispielsweise kann jeweils eine Führungsfeder für ein Verstellelement vorgesehen sein, welche an einer Seitenwand des Verstellelements wirkt, sodass das Verstellelement daran gehindert ist, wenn es außer Eingriff aus beiden Steuerkurven ist, um seine Längsachse zu rotieren.
Um nun einen besonders bauraumeffizienten Ventiltrieb für eine Verbrennungskraftmaschine bereitzustellen, ist das Nockenträgerelement mittels eines zwischen eines Stempels der Arretierungseinrichtung und dem Nockenträgerelement erzeugten Kraftschlusses in der ersten, in der zweiten oder in der dritten Stellung lösbar haltbar. Das bedeutet, dass die Arretierungseinrichtung mittels des Stempels das Nockenträgerelement in einer der drei Stellungen an der Position fixiert, an welcher das Nockenträgerelement nach einem entsprechenden Verschiebevorgang angeordnet ist. Hierdurch können Toleranzen, welche für eine bestimmungsgemäße Funktion einer formschlüssig arbeitenden Arretierungseinrichtung vorzusehen sind, entfallen, da eine Verschiebebewegung des Verschiebevorgangs lediglich von der Gestalt der jeweiligen Steuerkurve und der Gestalt des jeweiligen Verstellelements bestimmt ist, wobei ein Einfluss auf die Verschiebebewegung durch die Arretierungseinrichtung unterbleibt. Insbesondere kann beispielsweise die weiter oben beschriebene trichterförmige Aufweitung der Schaltnuten entfallen. Dadurch ist der Ventiltrieb besonders bauraumeffizient ausführbar. Des Weiteren können die ebenfalls weiter oben beschriebene ungewollte axiale Verschiebung des Nockenträgerelements sowie die nachfolgende stoßartige Rückstellung entfallen, wodurch ein besonders vibrationsarmer Betrieb des Ventiltriebs gewährleistet sein kann.
Weitere Vorteile, Merkmale und Einzelheiten der Erfindung ergeben sich aus der nachfolgenden Beschreibung eines bevorzugten Ausführungsbeispiels sowie anhand der Zeichnung. Die vorstehend in der Beschreibung genannten Merkmale und Merkmalskombinationen sowie die nachfolgend in der Figurenbeschreibung genannten und/oder in den Figuren alleine gezeigten Merkmale und Merkmalskombinationen sind nicht nur in der jeweils angegebenen Kombination, sondern auch in anderen Kombinationen oder in Alleinstellung verwendbar, ohne den Rahmen der Erfindung zu verlassen.
Dabei zeigt:
1: eine perspektivische, schematische Darstellung einer ersten Ausführungsform eines Ventiltriebs für eine Verbrennungskraftmaschine, bei welchem zwei Verstellelemente außer Eingriff zweier Steuerkurven sind;
2: eine Explosionsdarstellung des Ventiltriebs aus 1;
3: eine schematische Darstellung einer Arretierungseinrichtung, wobei eine Hauptarretierungseinrichtung und eine Hilfsarretierungseinrichtung jeweils zwischen einer Nockenwelle und einem Nockenträgerelement wirken;
4: eine schematische Darstellung der Arretierungseinrichtung, wobei die Hauptarretierungseinrichtung und die Hilfsarretierungseinrichtung jeweils zwischen dem Nockenträgerelement und einem fest mit der Verbrennungskraftmaschine verbundenen Teil wirken;
5: eine schematische Darstellung der Arretierungseinrichtung, wobei die Hauptarretierungseinrichtung zwischen dem Nockenträgerelement und dem fest mit der Verbrennungskraftmaschine verbundenen Teil wirkt, wobei die Hilfsarretierungseinrichtung zwischen der Nockenwelle und dem Nockenträgerelement wirkt;
6: eine schematische Darstellung der Hauptarretierungseinrichtung, wobei das Nockenträgerelement formschlüssig in einer ersten Stellung gehalten wird;
7: eine schematische Schnittdarstellung der Hauptarretierungseinrichtung aus 6;
8: eine schematische Darstellung der Hauptarretierungseinrichtung, wobei das Nockenträgerelement formschlüssig in einer dritten Stellung gehalten wird; und
In den Figuren sind gleiche oder funktionsgleiche Elemente mit gleichen Bezugszeichen versehen.
1 zeigt in einer perspektivischen, schematischen Darstellung eine erste Ausführungsform eines Ventiltriebs 10 für eine Verbrennungskraftmaschine (nicht dargestellt), bei welchem zwei Verstellelemente, d. h. ein erstes Verstellelement 12 und ein zweites Verstellelement 14, außer Eingriff zweier Steuerkurven, d. h. einer ersten Steuerkurve 16 und einer zweiten Steuerkurve 18, sind. 2 zeigt eine Explosionsdarstellung des Ventiltriebs aus 1. Eine Nockenwelle 20 (abgekürzt: NW), welche auch als Trägerwelle bezeichnet werden kann, weist eine NW-Längsachse 22 auf, und ist in Bezug darauf zumindest im Wesentlichen rotationssymmetrisch. Ferner weist die Nockenwelle 20 an ihrer Außenumfangsfläche 24 eine Vielzahl an Außenkeilen 26 (erstmals in 2 gezeigt) auf, sodass die Nockenwelle 20 zumindest teilweise als Keilwelle ausgebildet ist. Auf der Nockenwelle 20, das heißt, die Außenumfangsfläche 24 teilweise umfassend, ist ein Nockenträgerelement 28, welches auch als Nockenstück bezeichnet werden kann, in Bezug auf die NW-Längsachse 22 koaxial angeordnet. Damit das Nockenträgerelement 28 drehfest mit der Nockenwelle 20 verbunden ist, weist das Nockenträgerelement 28 an dessen Innenumfangsfläche 30 eine Vielzahl an nicht dargestellten Innenkeilen 27 auf, welche mit den Außenkeilen 26 korrespondieren, sodass das Nockenträgerelement 28 zumindest teilweise als Keilnabe ausgeführt ist. Es ist also zwischen der Nockenwelle 20 und dem Nockenträgerelement 28 eine Keilverzahnung, welche auch als Schiebesitzverzahnung bezeichnet werden kann, realisiert, wodurch das Nockenträgerelement 28 in axialer Richtung, das heißt entlang der NW-Längsachse 22 verschiebbar ist.
Mittels eines Nockens 32 ist ein nicht dargestelltes Gaswechselventil der Verbrennungskraftmaschine steuerbar, wobei das Nockentragerelement 28 zumindest zwei Nocken 32 aufweisen kann. Insbesondere, wenn das Nockentragerelement 28 zwei Nocken 32 aufweist, können zwei Gaswechselventile, beispielsweise zwei Auslass- oder zwei Einlassventile, eines Zylinders der Verbrennungskraftmaschine jeweils mittels eines Nockens 32 betätigbar, d. h. steuerbar sein. Der Nocken 32 kann eine erste Nockenbahn 34, eine zweite Nockenbahn 36 und eine dritte Nockenbahn 38 aufweisen, wobei sich die einzelnen Nockenbahnen wenigstens hinsichtlich eines Ventilhubs und/oder einer Ventilsteuerzeit unterscheiden können. Beispielsweise kann an dem Gaswechselventil mittels der ersten Nockenbahn 34 ein Teilhub, der zweiten Nockenbahn 36 ein Vollhub und der dritten Nockenbahn 38 ein Nullhub (das Gaswechselventil wird während einer vollen Umdrehung des Nockenträgerelements 28 um die NW-Längsachse 22 nicht betätigt) ausgeführt werden.
Damit das Nockentragerelement 28 nicht unerwünschter Weise, beispielsweise durch axial wirkende Störkräfte, aus einer der Stellungen heraus verschiebbar ist, ist eine erstmalig in 2 dargestellte Arretierungseinrichtung 40 vorgesehen, mittels welcher das Nockenträgerelement 28 in axialer Richtung in der jeweiligen Stellung lösbar gehalten ist. Beispielsweise kann die Arretierungseinrichtung 40 ein an der Außenumfangsfläche 24 der Nockenwelle 20 ausgebildetes Sackloch 42 umfassen, in welchem eine Schraubenfeder 44 angeordnet ist, welche einen Stempel 46 in Richtung zu der Innenumfangsfläche 30 des Nockenträgerelements 28 hin spannt, sodass der Stempel 46 mittels der Schraubenfeder 44 an die mit dem Stempel 46 korrespondierende Innenumfangsfläche 30 drückbar ist, wodurch das Nockenträgerelement 28 in den einzelnen Stellungen kraftschlüssig lösbar arretierbar ist. Der Stempel 46 ist während eines Verschiebevorgangs unter Aufbringen einer parallel zu der NW-Längsachse 22 wirkenden Verschiebekraft unter einem Komprimieren der Schraubenfeder zumindest in das Sackloch drückbar, sodass die Verschiebekraft eine Reibung überwinden kann, damit das Nockenträgerelement 28 axial verschiebbar ist. Alternativ kann der Stempel 46 mittels eines Öldrucks, insbesondere Motoröldrucks, zu dem Nockenträgerelement 28 hin spannbar sein. Der Stempel 46 kann beispielsweise aus einem metallischen Material, insbesondere Stahl, gefertigt sein. Darüber hinaus kann der Stempel 46, um gegen eine Relativbewegung in Bezug auf die Nockenwelle 20 und/oder das Nockenträgerelement 28 möglichst stabil zu sein, thermisch und/oder chemisch behandelt, das heißt beispielsweise gehärtet und/oder nitriert sein. Es ist ferner denkbar, dass der Stempel 46 aus einem insbesondere glasfaserverstärkten Kunststoff gefertigt sein kann.
Um im Gegensatz zu einem herkömmlichen Stempel 46 eine möglichst hohe Reibung zwischen dem Stempel 46 und dem Nockenträgerelement 28 zu realisieren, kann eine Stempelkontaktfläche 47 aufgeraut sein, um von einer glatten Fläche abzuweichen. Insbesondere kann die Stempelkontaktfläche 47 zum Beispiel eine Rändelung, eine Riffelung und/oder eine Rippung etc., das heißt eine definierte Feinverzahnung aufweisen.
In einer ersten Stellung des Nockenträgerelements 28, wobei eine Hochachse 48 einer Aktuatoreinrichtung 50 mit einer nicht explizit dargestellten Hochachse des Nockenträgerelements 28 zusammenfällt, ist das Gaswechselventil mittels der ersten Nockenbahn 34 betätigbar. Die Hochachse 48 kann senkrecht zu der NW-Längsachse 22 verlaufen, insbesondere diese schneiden.
Um das um die NW-Längsachse 22 mit einem Drehsinn D rotierende Nockentragerelement 28 aus der ersten Stellung heraus in zwei weitere Stellungen bewegen zu können, sind das zumindest teilweise in der beispielsweise als Doppelaktuator ausgeführten Aktuatoreinrichtung 50 gehaltene erste Verstellelement 12 und das zumindest teilweise in dem Doppelaktuator gehaltene zweite Verstellelement 14 mittels des Doppelaktuators entlang der Hochachse 48 jeweils separat in Richtung von dem Doppelaktuator zu dem Nockentragerelement 28 bzw. zu der Nockenwelle 20 hin bewegbar. Dadurch sind das erste und das zweite Verstellelement 12 und 14 jeweils in Eingriff mit der Steuerkurve 16 oder der Steuerkurve 18 bringbar. Ferner sind das erste und das zweite Verstellelement 12 und 14 in Richtung von dem Nockenträgerelement 28 bzw. der Nockenwelle 20 zu dem Doppelaktuator hin bewegbar. Dadurch sind das erste und das zweite Verstellelement 12 und 14 jeweils außer Eingriff aus der Steuerkurve 16 oder der Steuerkurven 18 bringbar. Bevorzugter Weise erfolgt ein In-Eingriff-Bringen und Außer-Eingriff-Bringen des jeweiligen Verstellelements 12, 14 zumindest größtenteils während einer Grundkreisphase, das heißt während das Gaswechselventil von den Nockenbahnen 34, 36, 38 unbetätigt, das heißt angesteuert ist.
Wie in 1 und 2 ferner gezeigt ist, sind die Steuerkurve 16 und 18, welche jeweils auch als Schaltnut bezeichnet werden können, an einer Außenumfangsfläche 52 des Nockenträgerelements 28 angeordnet, und schneiden einander an einer Kreuzungsstelle 54 x-förmig, wodurch eine die Steuerkurve 16 und 18 umfassende sogenannte X-Nut gebildet ist. Abseits der Kreuzungsstelle 54 verlaufen die beiden Steuerkurven 16, 18 zueinander parallel nebeneinander und sind durch einen an der Kreuzungsstelle 54 unterbrochenen Trennsteg 56 voneinander getrennt. Ein jeweiliger nicht dargestellter Mittelpunkt des Trennstegs 56, der Steuerkurve 16 und der Steuerkurve 18 liegen auf der NW-Längsachse 22 in axialer Richtung voneinander versetzt, wobei ein jeweiliger nicht dargestellter Radius des Trennstegs 56 der Steuerkurve 16 und der Steuerkurve 18 zueinander parallel sind. Der Trennsteg 56, die Steuerkurve 16 und die Steuerkurve 18 können beispielsweise mittels eines Kurventrägers 58 auf dem Nockenträgerelement 28 angeordnet, zum Beispiel aufgeschoben, und verbunden sein. Alternativ kann der Kurventräger 58 mit dem Nockenträgerelement 28 einstückig ausgebildet sein. Es ist ferner denkbar, dass der Trennsteg 56 sowie die Steuerkurve 16 und 18 jeweils einstückig mit dem Nockenträgerelement 28 ausgebildet, zum Beispiel gefräst, sein können.
Ausgehend von der in der 1 gezeigten ersten Stellung ist das mit dem Drehsinn D um die NW-Längsachse 22 rotierende Nockenträgerelement 28 axial auf der Nockenwelle 20 in eine zweite Stellung verschiebbar, sodass das Gaswechselventil mittels der zweiten Nockenbahn 36 betätigbar ist, indem das erste Verstellelement 12 während der Grundkreisphase in die erste Steuerkurve 16 anordenbar ist, das heißt mit der ersten Steuerkurve 16 in Eingriff bringbar ist. Das mit der ersten Steuerkurve 16 in Eingriff befindliche erste Verstellelement 12 ist in Bezug auf die NW-Längsachse 22 unverschiebbar angeordnet, sodass aufgrund der Form und/oder des Verlaufs der ersten Steuerkurve 16 unter einem Überwinden der Arretierungseinrichtung 40 das Nockenträgerelement 28 in axialer Richtung verschoben wird, sobald die Kreuzungsstelle 54, an welcher die erste Steuerkurve 16 die zweite Steuerkurve 18 schneidet, das erste Verstellelement 12 passiert. Ist der Verschiebevorgang abgeschlossen, ist das Nockenträgerelement 28 in der zweiten Stellung mittels der Arretierungseinrichtung 40 lösbar arretierbar und das erste Verstellelement 12 ist, während derselben Grundkreisphase, aus der ersten Steuerkurve 16 außer Eingriff bringbar.
Analog verläuft der Verschiebevorgang, um das mit dem Drehsinn D um die NW-Längsachse 22 rotierende Nockenträgerelement 28 von der zweiten Stellung zurück in die erste Stellung zu verschieben. Indem das erste Verstellelement 12 während einer weiteren Grundkreisphase mit bzw. in der zweiten Steuerkurve 18 in Eingriff ist, wird, aufgrund der Form und/oder des Verlaufs der zweiten Steuerkurve 18, das Nockenträgerelement 28 unter einem Überwinden der Arretierungseinrichtung 40 in axialer Richtung aus der zweiten Stellung in die erste Stellung verschoben, sobald die Kreuzungsstelle 54 das erste Verstellelement 12 passiert.
Erneut von der ersten Stellung ausgehend, ist das mit dem Drehsinn D um die NW-Längsachse 22 rotierende Nockenträgerelement 28 in eine dritte Stellung verschiebbar, sodass das Gaswechselventil mittels der dritten Nockenbahn 38 betätigbar ist, indem das zweite Verstellelement 14 während einer weiteren Grundkreisphase in die zweite Steuerkurve 18 anordenbar ist. Das mit der zweiten Steuerkurve 18 in Eingriff befindliche zweite Verstellelement 14 ist in Bezug auf die NW-Längsachse 22 unverschiebbar angeordnet, sodass aufgrund der Form und/oder des Verlaufs der zweiten Steuerkurve 18 unter einem Überwinden der Arretierungseinrichtung 40 das Nockenträgerelement 28 in axialer Richtung verschoben wird, sobald die Kreuzungsstelle 54 das zweite Verstellelement 14 passiert. Ist der Verschiebevorgang abgeschlossen, ist das Nockenträgerelement 28 in der dritten Stellung mittels der Arretierungseinrichtung lösbar arretierbar und das zweite Verstellelement 14 ist, während derselben weiteren Grundkreisphase, aus der ersten Steuerkurve 16 außer Eingriff bringbar.
Um das mit dem Drehsinn D um die NW-Längsachse 22 rotierende Nockenträgerelement 28 während einer weiteren Grundkreisphase aus der dritten Stellung heraus in die erste Stellung zurück zu verschieben, ist das zweite Verstellelement 14 mit bzw. in der ersten Steuerkurve 16 in Eingriff gebracht, wodurch das Nockenwellenelement 28 unter einem Überwinden der Arretierungseinrichtung in axialer Richtung aus der dritten Stellung in die erste Stellung verschoben wird, sobald die Kreuzungsstelle 54 das zweite Verstellelement 14 passiert hat. Ist der Verschiebevorgang abgeschlossen, ist das Nockenträgerelement 28 in der ersten Stellung mittels der Arretierungseinrichtung 40 lösbar arretierbar und das zweite Verstellelement 14 ist, während derselben weiteren Grundkreisphase, aus der ersten Steuerkurve 16 außer Eingriff bringbar.
In 2 ist ferner eine alternativ oder zusätzlich einsetzbare Arretierungseinrichtung 40 gezeigt, welche besonders bauraumeffizient ausführbar ist, indem ein im Gegensatz zu der Schraubenfeder 44 niedrigeres aus einer Vielzahl an Tellerfedern 60 gebildetes Tellerfederpaket 62 in dem dadurch weniger tief ausführbares Sackloch 42 der Nockenwelle 20 anordenbar ist. Mittels des Tellerfederpakets 62 ist der Stempel 46 an die mit dem Stempel 46 korrespondierende Innenumfangsfläche 30 wie bereits oben beschrieben druckbar.
Die Arretierungseinrichtung 40 kann eine formschlüssig arbeitende Hauptarretierungseinrichtung 64 und eine kraftschlüssig arbeitende Hilfsarretierungseinrichtung 66 aufweisen, wobei die Hilfsarretierungseinrichtung 66 dazu ausgelegt ist, axiale Störkräfte, welche beispielsweise aufgrund eines Arretierungsvorgangs der Hauptarretierungseinrichtung 64 auftreten können, aufzunehmen. Kräfte, welche am Ende eines Verschiebevorgangs für ein axiales Abbremsen des Nockenträgerelements 28 aufzunehmen sind, sind durch die Hauptarretierungseinrichtung 64 aufnehmbar.
3 zeigt eine schematische Darstellung der Arretierungseinrichtung 40, wobei die Arretierungseinrichtung 40 eine Hauptarretierungseinrichtung 64 und eine Hilfsarretierungseinrichtung 66 aufweist, welche jeweils zwischen der Nockenwelle 20 und dem Nockenträgerelement 28 wirken können. Hierbei kann die Hauptarretierungseinrichtung 64 formschlüssig zwischen dem Nockenträgerelement 28 und der Nockenwelle 20 wirken, wobei die Hilfsarretierungseinrichtung 66 kraftschlüssig ebenfalls zwischen dem Nockenträgerelement 28 und der Nockenwelle 20 wirken kann. Vorteilhaft hierbei ist, dass nach Abschluss eines Verriegelungsvorgangs der Hauptarretierungseinrichtung 64 und der Hilfsarretierungseinrichtung 66 eine Relativbewegung zwischen einem Hauptarretierungselement 68 und einem Hilfsarretierungselement 70 unterbleibt.
4 zeigt eine schematische Darstellung der Arretierungseinrichtung 40, wobei die Hauptarretierungseinrichtung 64 und die Hilfsarretierungseinrichtung 66 jeweils zwischen dem Nockenträgerelement 28 und einem fest mit der Verbrennungskraftmaschine verbundenen Teil 72 wirken können. Mit anderen Worten kann die Hauptarretierungseinrichtung 64 formschlüssig zwischen dem Nockenträgerelement 28 und dem Teil 72 wirken, wobei die Hilfsarretierungseinrichtung 66 kraftschlüssig zwischen dem Nockenträgerelement 28 und dem Teil 72 wirken kann. Hierbei erfolgt eine Relativbewegung zwischen dem rotierenden Nockenträgerelement 28 und dem Haupt- sowie dem Hilfsarretierungselement 68 und 70. Vorteilhaft hierbei ist, dass besonders geringe Toleranzen bei dem Ventiltrieb 10 realisiert werden können.
5 zeigt eine schematische Darstellung der Arretierungseinrichtung 40, wobei die Hauptarretierungseinrichtung 64 formschlüssig zwischen dem Nockenträgerelement 28 und dem fest mit der Verbrennungskraftmaschine verbundenen Teil 72 wirkt, wobei die Hilfsarretierungseinrichtung 66 kraftschlüssig zwischen der Nockenwelle 20 und dem Nockenträgerelement 28 wirkt. Hierbei erfolgt eine Relativbewegung zwischen dem rotierenden Nockenträgerelement 28 und dem Hauptarretierungselement 68, wobei eine Relativbewegung zwischen dem rotierenden Nockenträgerelement 28 und dem Hilfsarretierungselement 70 unterbleibt.
6 zeigt eine schematische Darstellung der Hauptarretierungseinrichtung 64, welche durch die Aktuatoreinrichtung 50, insbesondere durch ein Gehäuse 74 sowie durch das erste und das zweite Verstellelement 12 und 14 gebildet sein kann, wobei das Nockenträgerelement 28 formschlüssig in einer ersten Stellung gehalten wird. In 7 ist eine schematische Schnittdarstellung der Hauptarretierungseinrichtung aus 6 gezeigt, wobei die gezeigte Schnittfläche durch eine imaginäre Ebene definiert wird, worin die Hochachse 48 sowie die NW-Längsachse 22 liegen. Eine Arretierung in einer der ersten Stellung wird bei dem vorliegenden Beispiel dadurch realisiert, dass der Trennsteg 56 erhaben ausgeführt ist, sodass er zwischen dem ersten Verstellelement 12 und dem zweiten Verstellelement 14 um die NW-Längsachse 22 rotieren kann. Der erhabene Trennsteg 56 ist im Bereich der Kreuzungsstelle 54 in einem Winkelbereich unterbrochen, sodass das Nockenträgerelement 28 in axialer Richtung auf der Nockenwelle 20 verschiebbar ist, wenn eines der Verstellelemente 12, 14 in Eingriff mit einer der beiden Steuerkurven 16, 18 ist. Indem der erhabene Trennsteg 56 zwischen dem ersten und dem zweiten Verstellelement 12 und 14, insbesondere zwischen zwei jeweiligen, einander gegenüberliegenden und entgegengesetzten zueinanderweisenden Seitenflanken, geführt ist, ist das Nockenträgerelement 28 in der ersten Stellung formschlüssig arretiert. Hierzu sind das erste und das zweite Verstellelement 12 und 14 zueinander in axialer Richtung, das heißt entlang der NW-Längsachse 22 in einem Führungsabstand voneinander angeordnet, welcher zumindest im Wesentlichen der Breite des erhabenen Trennstegs 56 entsprechen kann.
8 zeigt eine schematische Darstellung der Hauptarretierungseinrichtung 64, wobei das Nockenträgerelement 28 formschlüssig in der dritten Stellung gehalten wird. Das Nockenträgerelement 28 ist in der zweiten und in der dritten Stellung formschlüssig arretierbar, indem der erhabene Trennsteg 56 zwischen einem der beiden Verstellelemente 12, 14 und eines von zwei Führungselementen 76 führbar ist. Die Führungselemente 76 sind an dem Gehäuse 74 der Aktuatoreinrichtung 50 ausgebildet, d. h. mit dem Gehäuse 74 verbunden, und parallel zu der Hochachse 48 sowie senkrecht zu der NW-Längsachse 22. Insbesondere können die Führungselemente 76 einstückig mit dem Gehäuse 74 ausgebildet sein. Ferner sind die Führungselemente 76 in axialer Richtung, das heißt entlang der NW-Längsachse 22 um den Führungsabstand von einem benachbarten Verstellelement 12, 14 angeordnet. Indem ein oben beschriebener Verschiebevorgang beispielsweise aus der ersten Stellung heraus in die dritte Stellung erfolgt, wobei das Nockenträgerelement 28 in axialer Richtung verschoben wird, während die Kreuzungsstelle 54 das jeweilige Verstellelement 12, 14 passiert, ist der erhabene Trennsteg zwischen einem der beiden Verstellelemente 12, 14 und einer der beiden Führungselemente 76 anordenbar. In einer analogen Weise und daher nicht näher beschrieben, ist das Nockenträgerelement 28 mittels der Aktuatoreinrichtung 50 in der zweiten Stellung arretierbar.
Bezugszeichenliste

10: Ventiltrieb
12: erstes Verstellelement
14: zweites Verstellelement
16: erste Steuerkurve
18: zweite Steuerkurve
20: Nockenwelle (NW)
22: NW-Längsachse
24: Außenumfangsfläche (der Nockenwelle 20)
26: Außenkeil
27: Innenkeil
28: Nockenträgerelement
30: Innenumfangsfläche
32: Nocken
34: erste Nockenbahn
36: zweite Nockenbahn
38: dritte Nockenbahn
40: Arretierungseinrichtung
42: Sackloch
44: Schraubenfeder
46: Stempel
47: Stempelkontaktfläche
48: Hochachse
50: Aktuatoreinrichtung
52: Außenumfangsfläche (des Nockenträgerelements 28)
54: Kreuzungsstelle
56: Trennsteg
58: Kurventräger
60: Tellerfeder
62: Tellerfederpaket
64: Hauptarretierungseinrichtung
66: Hilfsarretierungseinrichtung
68: Hauptarretierungselement
70: Hilfsarretierungselement
72: Teil
74: Gehäuse
76: Führungselemente
D: Drehsinn

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

DE 102013206311 A1 [0003]
DE 102012105795 A1 [0004]

Claims

Ventiltrieb (10) für eine Verbrennungskraftmaschine mit – einer Nockenwelle (20), auf welcher ein Nockenträgerelement (28) drehfest und verschiebbar angeordnet ist, welches in Bezug auf die Nockenwelle (20) jeweils aus einer ersten Stellung heraus in eine zweite Stellung und in eine dritte Stellung verschiebbar ist und mittels einer Arretierungseinrichtung (40) in der ersten, in der zweiten oder in der dritten Stellung lösbar arretierbar ist, – einem auf dem Nockenträgerelement (28) angeordneten Nocken (32), welcher drei Nockenbahnen (34, 36, 38) umfasst, wobei ein Gaswechselventil der Verbrennungskraftmaschine in der ersten Stellung mittels einer ersten Nockenbahn (34), in der zweiten Stellung mittels einer zweiten Nockenbahn (36) und in der dritten Stellung mittels einer dritten (38) Nockenbahn steuerbar ist, – wenigstens zwei auf dem Nockenträgerelement (28) ausgebildeten Steuerkurven (16, 18), – einer Aktuatoreinrichtung (50), mittels welcher jeweils eines von zumindest zwei um deren jeweilige Längsachse rotierbare Verstellelemente (12, 14), welche jeweils eine zu der Längsachse senkrecht und konzentrisch mit einer Außenumfangsrichtung des Nockenträgerelements (28) verlaufende Quererstreckung aufweisen, zum axialen Verschieben des Nockenträgerelements (28) mit einer der Steuerkurven (16, 18) in Eingriff und außer Eingriff bring bar ist, und – einem Ausrichtmittel, mittels welchem die Verstellelemente (12, 14) um ihre jeweilige Längsachse in eine Verstellposition drehbar sind, dadurch gekennzeichnet, dass das Nockenträgerelement (28) mittels eines zwischen eines Stempels (46) der Arretierungseinrichtung (40) und dem Nockenträgerelement (28) erzeugten Kraftschlusses in der ersten, in der zweiten oder in der dritten Stellung lösbar haltbar ist.
Ventiltrieb (10) nach Anspruch 1, dadurch gekennzeichnet, dass die Arretierungseinrichtung (40) durch eine Hauptarretierungseinrichtung (64) und eine Hilfsarretierungseinrichtung (66) gebildet ist, wobei das Nockenträgerelement (28) mittels der Hauptarretierungseinrichtung (64) formschlüssig und mittels der Hilfsarretierungseinrichtung (66) kraftschlüssig in einer der drei Stellungen lösbar haltbar ist.
Ventiltrieb (10) nach Anspruch 2, dadurch gekennzeichnet, dass die Hauptarretierungseinrichtung (64) und die Hilfsarretierungseinrichtung (66) jeweils zwischen der Nockenwelle (20) und dem Nockenträgerelement (28) wirken.
Ventiltrieb (10) nach Anspruch 2 oder 3, dadurch gekennzeichnet, dass die Hauptarretierungseinrichtung (64) und die Hilfsarretierungseinrichtung (66) jeweils zwischen dem Nockenträgerelement (28) und einem fest mit der Verbrennungskraftmaschine verbundenen Teil (72) wirken.
Ventiltrieb (10) nach einem der Ansprüche 2 bis 4, dadurch gekennzeichnet, dass die Hauptarretierungseinrichtung (64) zwischen dem Nockenträgerelement (28) und dem fest mit der Verbrennungskraftmaschine verbundenen Teil (72) wirkt, wobei die Hilfsarretierungseinrichtung (66) zwischen der Nockenwelle (20) und dem Nockenträgerelement (28) wirkt.
Ventiltrieb (10) nach einem der Ansprüche 2, 4 oder 5, dadurch gekennzeichnet, dass die Hauptarretierungseinrichtung (64) einen zwischen den Steuerkurven (16, 18) ausgebildeten Führungssteg (56) sowie zwei an einem Gehäuse (74) der Aktuatoreinrichtung (50) ausgebildete, seitliche Führungsflächen (76) aufweist, wobei der Führungssteg (56) in der ersten Stellung zwischen den beiden Verstellelementen (12, 14) und in der zweiten und dritten Stellung zwischen einem der Verstellelemente (12, 14) und einer der Führungsflächen (76) anordenbar ist.
Ventiltrieb dadurch gekennzeichnet, dass eine Stempelkontaktfläche (47) eine von einer glatten Oberfläche abweichende Gestalt aufweist.