WO2017045735A1 - Ventiltriebvorrichtung für eine brennkraftmaschine - Google Patents

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WO2017045735A1
WO2017045735A1 PCT/EP2016/001351 EP2016001351W WO2017045735A1 WO 2017045735 A1 WO2017045735 A1 WO 2017045735A1 EP 2016001351 W EP2016001351 W EP 2016001351W WO 2017045735 A1 WO2017045735 A1 WO 2017045735A1
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switching
cam
movement
switching element
internal combustion
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PCT/EP2016/001351
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Inventor
Thomas Stolk
Alexander Von Gaisberg-Helfenberg
Original Assignee
Daimler Ag
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    • F01L13/0015—Modifications of valve-gear to facilitate reversing, braking, starting, changing compression ratio, or other specific operations for optimising engine performances by modifying valve lift according to various working parameters, e.g. rotational speed, load, torque
    • F01L13/0036—Modifications of valve-gear to facilitate reversing, braking, starting, changing compression ratio, or other specific operations for optimising engine performances by modifying valve lift according to various working parameters, e.g. rotational speed, load, torque the valves being driven by two or more cams with different shape, size or timing or a single cam profiled in axial and radial direction
    • F—MECHANICAL ENGINEERING; LIGHTING; HEATING; WEAPONS; BLASTING
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    • F01L1/04—Valve drive by means of cams, camshafts, cam discs, eccentrics or the like
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    • F01L1/047—Camshafts
    • F01L2001/0471—Assembled camshafts
    • F01L2001/0473—Composite camshafts, e.g. with cams or cam sleeve being able to move relative to the inner camshaft or a cam adjusting rod
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    • F01L13/0036—Modifications of valve-gear to facilitate reversing, braking, starting, changing compression ratio, or other specific operations for optimising engine performances by modifying valve lift according to various working parameters, e.g. rotational speed, load, torque the valves being driven by two or more cams with different shape, size or timing or a single cam profiled in axial and radial direction
    • F01L2013/0052—Modifications of valve-gear to facilitate reversing, braking, starting, changing compression ratio, or other specific operations for optimising engine performances by modifying valve lift according to various working parameters, e.g. rotational speed, load, torque the valves being driven by two or more cams with different shape, size or timing or a single cam profiled in axial and radial direction with cams provided on an axially slidable sleeve
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    • F01—MACHINES OR ENGINES IN GENERAL; ENGINE PLANTS IN GENERAL; STEAM ENGINES
    • F01L—CYCLICALLY OPERATING VALVES FOR MACHINES OR ENGINES
    • F01L13/00—Modifications of valve-gear to facilitate reversing, braking, starting, changing compression ratio, or other specific operations
    • F01L2013/10—Auxiliary actuators for variable valve timing

Definitions

  • the invention relates to a valve drive device for an internal combustion engine, an internal combustion engine with a valve drive device and a method for operating an internal combustion engine.
  • valve drive devices for an internal combustion engine with at least one camshaft, which has at least one axially displaceable cam element with at least one multi-track cam, and arranged with a housing fixed
  • Switching unit having at least one fixed switching element, which is intended to be brought into operative connection with the cam member, known, wherein the cam member has a shift gate, which is intended, in conjunction with the fixed switching element, a rotational movement of the
  • the invention is in particular the object of providing a valve drive device, with a high component uniformity for use in various internal combustion engines can be achieved. It is achieved by an embodiment according to the invention according to claim 1 and a method according to claim 7. Further developments of the invention will become apparent from the dependent claims.
  • the invention is based on a valve drive device for an internal combustion engine, with at least one camshaft having at least one axially displaceable cam element with at least one multi-track cam, and with a housing fixed
  • the switching unit having at least one switching element which is intended to be brought into operative connection with the cam member. It is proposed that the switching element has an active contour which is intended to convert a rotational movement of the cam element into an axial switching movement.
  • a course of the axial switching movement can be predetermined by the switching element regardless of a course of a switching contour on the cam element, for example, a slide track of a shift gate.
  • the camshaft of the valvetrain device only needs to be tuned with respect to a design of the at least one multi-track cam on the internal combustion engine and not also with respect to a position of the shift gate.
  • a same camshaft for all internal combustion engines that require a same design of the at least one multi-lane cam can be used.
  • Valve train devices with a same camshaft can therefore for a plurality of variants of a
  • a switching time for an initiation of the axial switching movement can be determined by the switching element and can in particular be selected independently of an angular position of the camshaft.
  • a switching unit fixed to the housing should in particular be understood as meaning a switching unit which has a
  • the operative contour of the switching element after establishing the operative connection between the switching element and the camshaft converts the rotational movement of the cam element into an axial switching movement for displacement of the cam element, wherein a ratio of an axial displacement distance to a rotation of the cam element, and thus a conversion ratio, is predetermined by the shape of the active contour of the switching element at least.
  • the switching element for implementing the rotational movement of the cam element is supported in an axial switching movement on a further element of the switching unit.
  • support is to be understood that a force and / or a path which acts on the switching element or describes the at least a portion of the switching element, by the effect of the support in terms Direction and / or size is varied.
  • Cam element have mutually corresponding toothings, which are provided to the rotational movement of the cam member in a rotation of the
  • the switching element has an example designed as a rotation axis active element, which is intended to the movement of the
  • the switching element can be brought into operative connection with the cam element by a movement which has at least one radial component. This ensures that the switching element in the
  • Cam element takes place, the cam element is more radially spaced than in the operating phases of the internal combustion engine, in which a switching movement of the
  • Cam element takes place. Hierduch an undesirable interaction of the switching element with the cam member in the operating phases of the internal combustion engine, in which no switching movement of the cam member takes place, safely avoided.
  • the invention relates to an internal combustion engine with a valve drive device according to the invention.
  • the invention relates to a method for operating an internal combustion engine, in which a rotational movement of at least one axially displaceable cam member is converted into an axial switching movement of the cam member by a Switching element of a housing fixedly arranged switching unit is brought into operative connection with the cam member and an active contour of the switching element the
  • Fig. 1 is a plan view of a valve drive device for an internal combustion engine, comprising a camshaft having at least one axially displaceable cam member with two multi-track cams, and with a housing fixedly arranged switching unit having two switching elements, which are provided, with the cam member in operative connection to be brought, and which have an active contour which is intended to convert a rotational movement of the cam member into an axial switching movement, at the beginning of an axial switching movement,
  • Fig. 2 is a valve drive device in plan view after completion of the axial
  • Fig. 3 is a side view of the valve drive device at the beginning of the axial
  • FIGS. 1 to 3 show a valve drive device 10 for an internal combustion engine, with a camshaft 11, which has at least one axially displaceable cam element 14 with two multi-track cams 15, 19, and with a fixed housing
  • Switching unit 25 which has two switching elements 26, 30, which are intended to be brought into operative connection with the cam member 14.
  • the multi-track cams 15, 19 each comprise three partial cams 16, 17, 18, 20, 21, 22 with
  • the partial cams 16, 17, 18, 20, 21, 22 of each one of the cams 15, 19 are each arranged directly adjacent.
  • the cam element 14 thus has three discrete switching positions in which a different valve lift is connected for the cylinder or cylinders associated with the cam element 14.
  • the camshaft 1 1 comprises a drive shaft 12, on which the cam element 14 is arranged.
  • the drive shaft 12 has a straight toothing on its outer circumference.
  • the cam member 1 has on its inner circumference a corresponding spur toothing, which engages in the straight toothing of the drive shaft 12.
  • the cam member 14 is on the corresponding spur toothing and the
  • the drive shaft 12 includes a
  • crankshaft connection for connection to a crankshaft, not shown.
  • the camshaft 11 is composed of a plurality of cam elements 14, which engage at their edges.
  • the switching elements 26, 30 each have an active contour, which is intended to implement a rotational movement of the cam member 14 in an axial switching movement.
  • one of the switching elements 26, 30 of the switching unit 25 is for an axial
  • Cam follower for the actuation of gas exchange valves act, in the switching position in which the middle part cam 17, 21 of the cam 15, 19 or in the representation right on the cam 15, 19 arranged part cam 18, 22 acting on the cam follower, moved.
  • the cam member 14 is displaced in the opposite direction accordingly.
  • the switching elements 26, 30 are designed as flat disks and have a shape of a circle segment with a shorter straight side, a longer straight side and a curved side.
  • the switching elements 26, 30 and the cam member 14 face each other
  • the teeth 23, 24 of the cam member 14 are disposed on the outer part cam 16, 22. Teeth of the teeth 23, 24 of the cam member 14 are respectively in the axial direction, ie along a direction in which the axis of rotation 13 of the camshaft 1 1 extends, oriented.
  • the teeth 23, 24 of the cam member 14 are designed as outwardly facing Stirnradvertechnikept.
  • the teeth 28, 32 of the switching elements 26, 30 are arranged on the curved sides of the switching elements 26, 30 facing outward and with respect to a tooth spacing and a tooth shape adapted for engagement with the teeth 23, 24 of the cam member 14.
  • the rotational movement of the cam member 14 is via an intermeshing of
  • Teeth 23, 24 of the cam member 14 and the teeth 28, 32 of the switching elements 26, 30 tapped and in each case in the rotation of the switching element 26, 30 implemented.
  • the switching elements 26, 30 have an eccentric to the teeth 28, 32nd
  • Switching element 26, 30 implement in the axial switching movement.
  • Support rotation axis 27, 31 is in each case at a corner of
  • Switching element 26, 30 is displaced in the axial direction.
  • the switching element 26, 30 thereby displaces the cam member 14 in the respective axial direction.
  • Switching elements 26, 30 each comprise a reset unit, not shown, which rotates the switching element 26, 30 in an initial position as soon as engagement of the teeth 23, 24 of the cam member 14 and the teeth 28, 32 of the switching elements 26, 30 ends.
  • the return unit is designed as a spiral spring which is arranged on the switching element 26, 30 and on a rotatable axis through which the axis of rotation 27, 31 of the switching element 26, 30 extends.
  • a small motor the switching element 26, 30 after
  • both switching elements 26, 30 are mounted in a direction perpendicular to the rotational axis 13 of the camshaft 1 1 at a distance from the cam member 14, so that regardless of a precise axial position of the cam member 14, the teeth 23, 24th of the cam member 14 and the teeth 28, 32 of the switching elements 26, 30 are not in engagement.
  • Gears 28, 32 of the switching elements 26, 30 are parallel to a distance, wherein the plane in which the teeth 23, 24 of the cam member 14 lie, a smaller distance from the axis of rotation 13 of the camshaft 1 1 than the plane in the toothings 28, 32 of the switching elements 26, 30 are located.
  • a rotation of the switching element 26, 30 is received with a sensor, not shown, so that a control unit not shown, the actuator 29, 33 for lifting the switching element 26, 30 and thus to complete the engagement of the teeth 23, 24 of the cam member 14 and Gears 28, 32 of the
  • Switching elements 26, 30 can control.
  • the control unit controls the actuators 29, 33 in each case in such a way that the axial switching movement is initiated at a time which is suitable for the internal combustion engine as a function of the relevant field.
  • the switching element 26, 30 is designed with respect to a size such that a complete revolution of the
  • Switching element 26, 30, the cam member 14 shifts by a partial cam width and a displacement of the cam member 14 by a further part cam width by displacement of the switching element 26, 30 by a further part cam width or by another switching element 26, 30, offset along the axial direction by a partial cam width is, is effected.
  • An angular position of the switching element 26, 30 relative to the respective teeth 23, 24 of the cam member 14 at a beginning of the axial switching movement can also be adjusted by the control unit via the actuator 29, 33 in order to achieve a relatively faster or slower switching movement.

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Abstract

Die Erfindung betrifft eine Ventiltriebvorrichtung (10) für eine Brennkraftmaschine, mit zumindest einer Nockenwelle (11), die zumindest ein axial verschiebbares Nockenelement (14) mit zumindest einem mehrspurigen Nocken (15, 19) aufweist, und mit einer gehäusefest angeordneten Schalteinheit (25), die zumindest ein Schaltelement (26, 30) aufweist, das dazu vorgesehen ist, mit dem Nockenelement (14) in Wirkverbindung gebracht zu werden, wobei das Schaltelement (26, 30) eine Wirkkontur aufweist, die dazu vorgesehen ist, eine Drehbewegung des Nockenelements (14) in eine axiale Schaltbewegung umzusetzen, eine Brennkraftmaschine mit einer erfindungsgemäßen Ventiltriebvorrichtung (10) sowie ein Verfahren zum Betrieb einer solchen Brennkraftmaschine.

Description

Ventiltriebvorrichtung für eine Brennkraftmaschine
Die Erfindung betrifft eine Ventiltriebvorrichtung für eine Brennkraftmaschine, eine Brennkraftmaschine mit einer Ventiltriebvorrichtung und ein Verfahren zum Betrieb einer Brennkraftmaschine.
Es sind bereits Ventiltriebvorrichtungen für eine Brennkraftmaschine, mit zumindest einer Nockenwelle, die zumindest ein axial verschiebbares Nockenelement mit zumindest einem mehrspurigen Nocken aufweist, und mit einer gehäusefest angeordneten
Schalteinheit, die zumindest ein feststehendes Schaltelement aufweist, das dazu vorgesehen ist, mit dem Nockenelement in Wirkverbindung gebracht zu werden, bekannt, wobei das Nockenelement eine Schaltkulisse aufweist, die dazu vorgesehen ist, in Verbindung mit dem feststehenden Schaltelement eine Drehbewegung des
Nockenelements in eine axiale Schaltbewegung umzusetzen.
Der Erfindung liegt insbesondere die Aufgabe zugrunde, eine Ventiltriebvorrichtung bereitzustellen, mit der eine hohe Bauteilgleichheit für den Einsatz bei verschiedenen Brennkraftmaschinen erreicht werden kann. Sie wird durch eine erfindungsgemäße Ausgestaltung entsprechend dem Anspruch 1 sowie ein Verfahren entsprechend dem Anspruch 7 gelöst. Weiterbildungen der Erfindung ergeben sich aus den abhängigen Ansprüchen.
Die Erfindung geht aus von einer Ventiltriebvorrichtung für eine Brennkraftmaschine, mit zumindest einer Nockenwelle, die zumindest ein axial verschiebbares Nockenelement mit zumindest einem mehrspurigen Nocken aufweist, und mit einer gehäusefest
angeordneten Schalteinheit, die zumindest ein Schaltelement aufweist, das dazu vorgesehen ist, mit dem Nockenelement in Wirkverbindung gebracht zu werden. Es wird vorgeschlagen, dass das Schaltelement eine Wirkkontur aufweist, die dazu vorgesehen ist, eine Drehbewegung des Nockenelements in eine axiale Schaltbewegung umzusetzen. Ein Verlauf der axialen Schaltbewegung wird kann durch das Schaltelement unabhängig von einem Verlauf einer Schaltkontur an dem Nockenelement, beispielsweise einer Kulissenbahn einer Schaltkulisse, vorgegeben werden. Somit muss die Nockenwelle der Ventiltriebvorrichtung lediglich in Bezug auf eine Gestaltung des zumindest einen mehrspurigen Nockens auf die Brennkraftmaschine abgestimmt werden und nicht zudem in Bezug auf eine Lage der Schaltkulisse. Somit kann eine gleiche Nockenwelle für sämtliche Brennkraftmaschinen, die eine gleiche Gestaltung des zumindest einen mehrspurigen Nockens erfordern, eingesetzt werden. Ventiltriebvorrichtungen mit einer gleichen Nockenwelle können daher für eine Mehrzahl von Varianten einer
Brennkraftmaschine eingesetzt werden. Für Brennkraftmaschinen, die sich zwar in Hinblick auf Ventilschaltzeiten unterscheiden, aber deren Nockenwellen die gleichen mehrspurigen Nockenelemente erfordern, muss lediglich die Wirkkontur des
Schaltelements angepasst werden und nicht mehr eine Schaltkulisse, sodass die gleiche Nockenwelle für die verschiedenen Brennkraftmaschinen eingesetzt werden kann.
Dadurch kann eine hohe Bauteilgleichheit der Ventiltriebvorrichtung für verschiedene Brennkraftmaschinen erreicht werden. Zudem kann eine Wahl eines Umschaltzeitpunkts für eine Einleitung der axialen Schaltbewegung durch das Schaltelement bestimmt werden und kann insbesondere unabhängig von einer Winkellage der Nockenwelle gewählt werden. Unter einer„gehäusefest angeordneten Schalteinheit" soll in diesem Zusammenhang insbesondere eine Schalteinheit verstanden werden, die ein
Schaltgehäuse aufweist, das an einem Gehäuse, das die Nockenwelle umgibt, befestigt ist. Darunter, dass„die Wirkkontur dazu vorgesehen ist, eine Drehbewegung des
Nockenelements in eine axiale Schaltbewegung umzusetzen", soll in diesem
Zusammenhang verstanden werden, dass die Wirkkontur des Schaltelements nach Herstellung der Wirkverbindung zwischen dem Schaltelement und der Nockenwelle die Drehbewegung des Nockenelements in eine axiale Schaltbewegung zur Verschiebung des Nockenelements umsetzt, wobei ein Verhältnis einer axialen Verschiebestrecke zu einer Umdrehung des Nockenelements, und damit ein Umsetzungsverhältnis, durch die Form der Wirkkontur des Schaltelements zumindest mit vorgegeben wird.
Des Weiteren wird vorgeschlagen, dass sich das Schaltelement zur Umsetzung der Drehbewegung des Nockenelements in eine axiale Schaltbewegung an einem weiteren Element der Schalteinheit abstützt. Unter„Abstützen" soll dabei verstanden werden, dass eine Kraft und/oder ein Weg, die auf das Schaltelement wirkt oder den wenigstens ein Teilbereich des Schaltelements beschreibt, durch die Wirkung der Abstützung hinsichtlich Richtung und/oder Größe variiert wird. Dadurch kann in einfacher Weise eine Kraft die auf das Schaltelement wirkt und/oder ein Bewegungsablauf, den wenigstens ein
Teilbereich des Schaltelements ausführt, einer für eine axiale Schaltbewegung des Nockenelements erforderlichen Kraft und/oder einem für eine axiale Schaltbewegung des Nockenelements erforderlichen Bewegungsablauf des Nockenelements angepasst werden.
Ebenso wird vorgeschlagen, dass das zumindest eine Schaltelement und das
Nockenelement zueinander korrespondierende Verzahnungen aufweisen, die dazu vorgesehen sind, die Drehbewegung des Nockenelements in eine Drehung des
Schaltelements umsetzen. Dadurch kann auf eine konstruktiv einfache Weise eine Nutzung der Drehung des Nockenelements zur Einleitung der Schaltbewegung erreicht werden.
Ferner wird vorgeschlagen, dass das Schaltelement ein beispielweise als Drehachse ausgeführtes Wirkelement aufweist, das dazu vorgesehen ist, die Bewegung des
Schaltelements in die axiale Schaltbewegung umzusetzen. Dadurch kann auf eine konstruktiv einfache Weise eine Umsetzung der Bewegung des Schaltelements in die axiale Schaltbewegung, und damit eine Umsetzung der Drehbewegung der Nockenwelle in die axiale Schaltbewegung, erreicht werden.
Es wird auch vorgeschlagen, dass das Schaltelement durch eine Bewegung, die zumindest eine radiale Komponente aufweist, mit dem Nockenelement in Wirkverbindung gebracht werden kann. Hierdurch wird erreicht, dass das Schaltelement in den
Betriebsphasen der Brennkraftmaschine, in denen keine Schaltbewegung des
Nockenelements stattfindet, zum Nockenelement stärker radial beabstandet ist als in den Betriebsphasen der Brennkraftmaschine, in denen eine Schaltbewegung des
Nockenelements stattfindet. Hierduch wird eine unerwünschte Wechselwirkung des Schaltelements mit dem Nockenelement in den Betriebsphasen der Brennkraftmaschine, in denen keine Schaltbewegung des Nockenelements stattfindet, sicher vermieden.
Weiterhin betrifft die Erfindung eine Brennkraftmaschine mit einer erfindungsgemäßen Ventiltriebvorrichtung.
Des Weiteren betrifft die Erfindung ein Verfahren zum Betrieb einer Brennkraftmaschine, bei dem eine Drehbewegung zumindest eines axial verschiebbaren Nockenelements in eine axiale Schaltbewegung des Nockenelements umgesetzt wird, indem ein Schaltelement einer gehäusefest angeordneten Schalteinheit mit dem Nockenelement in Wirkverbindung gebracht wird und eine Wirkkontur des Schaltelements die
Drehbewegung des Nockenelements in die axiale Schaltbewegung umsetzt.
Weitere Vorteile ergeben sich aus der folgenden Figurenbeschreibung. In den Figuren ist ein Ausführungsbeispiel der Erfindung dargestellt. Die Figuren, die Figurenbeschreibung und die Ansprüche enthalten zahlreiche Merkmale in Kombination. Der Fachmann wird die Merkmale zweckmäßigerweise auch einzeln betrachten und zu sinnvollen weiteren Kombinationen zusammenfassen.
Dabei zeigen:
Fig. 1 eine Draufsicht auf eine Ventiltriebvorrichtung für eine Brennkraftmaschine, mit einer Nockenwelle, die zumindest ein axial verschiebbares Nockenelement mit zwei mehrspurigen Nocken aufweist, und mit einer gehäusefest angeordneten Schalteinheit, die zwei Schaltelemente aufweist, die dazu vorgesehen sind, mit dem Nockenelement in Wirkverbindung gebracht zu werden, und die eine Wirkkontur aufweisen, die dazu vorgesehen ist, eine Drehbewegung des Nockenelements in eine axiale Schaltbewegung umzusetzen, zu Beginn einer axialen Schaltbewegung,
Fig. 2 eine Ventiltriebvorrichtung in Draufsicht nach Abschluss der axialen
Schaltbewegung und
Fig. 3 eine Seitenansicht der Ventiltriebvorrichtung zu Beginn der axialen
Schaltbewegung.
Die Figuren 1 bis 3 zeigen eine Ventiltriebvorrichtung 10 für eine Brennkraftmaschine, mit einer Nockenwelle 11 , die zumindest ein axial verschiebbares Nockenelement 14 mit zwei mehrspurigen Nocken 15, 19 aufweist, und mit einer gehäusefest angeordneten
Schalteinheit 25, die zwei Schaltelemente 26, 30 aufweist, die dazu vorgesehen sind, mit dem Nockenelement 14 in Wirkverbindung gebracht zu werden. Die mehrspurigen Nocken 15, 19 umfassen jeweils drei Teilnocken 16, 17, 18, 20, 21 , 22 mit
unterschiedlichen Ventilhubkurven. Die Teilnocken 16, 17, 18, 20, 21 , 22 von jeweils einem der Nocken 15, 19 sind jeweils unmittelbar benachbart angeordnet. Durch ein axiales Verschieben des Nockenelements 14 wird innerhalb der Nocken 15, 19 von dem einen Teilnocken 16, 17, 18 auf einen der anderen Teilnocken 20, 21 , 22 umgeschaltet. Das Nockenelement 14 weist damit drei diskrete Schaltstellungen auf, in denen für den oder die Zylinder, die dem Nockenelement 14 zugeordnet sind, ein unterschiedlicher Ventilhub geschaltet ist. Die Nockenwelle 1 1 umfasst eine Triebwelle 12, auf der das Nockenelement 14 angeordnet ist. Die Triebwelle 12 weist an ihrem Außenumfang eine Geradverzahnung auf. Das Nockenelement 1 weist an seinem Innenumfang eine korrespondierende Geradverzahnung auf, die in die Geradverzahnung der Triebwelle 12 eingreift. Das Nockenelement 14 ist über die korrespondierende Geradverzahnung und die
Geradverzahnung der Triebwelle 12 drehfest, aber in beide Axialrichtungen verschiebbar gelagert. Die Nockenwelle 1 1 rotiert um eine Drehachse 13 und versetzt dadurch das Nockenelement 14 in eine Drehbewegung. Die Triebwelle 12 umfasst eine
Kurbelwellenanbindung zur Anbindung an eine nicht näher dargestellte Kurbelwelle.
Alternativ ist es vorstellbar, dass die Nockenwelle 11 aus mehreren Nockenelementen 14 zusammengesetzt ist, die an ihren Rändern ineinandergreifen.
Die Schaltelemente 26, 30 weisen jeweils eine Wirkkontur auf, die dazu vorgesehen ist, eine Drehbewegung des Nockenelements 14 in eine axiale Schaltbewegung umzusetzen. Jeweils eines der Schaltelemente 26, 30 der Schalteinheit 25 ist für eine axiale
Schaltbewegung in eine Axialrichtung vorgesehen. Mittels des ersten Schaltelements 26 wird das Nockenelement 14 in eine erste Axialrichtung von der Schaltstellung, in der die in der Darstellung links auf den Nocken 15, 19 angeordneten Teilnocken 16, 20 oder die mittleren Teilnocken 17, 21 der Nocken 15, 19 auf einen nicht näher dargestellten
Nockenfolger zur Betätigung von Gaswechselventilen einwirken, in die Schaltstellung, in der die mittleren Teilnocken 17, 21 der Nocken 15, 19 oder die in der Darstellung rechts auf den Nocken 15, 19 angeordneten Teilnocken 18, 22 auf den Nockenfolger einwirken, verschoben. Mittels des zweiten Schaltelements 30 wird das Nockenelement 14 entsprechend in Gegenrichtung verschoben. Die Schaltelemente 26, 30 sind als flache Scheiben ausgeführt und weisen eine Form eines Kreissegments mit einer kürzeren geraden Seite, einer längeren geraden Seite und einer gekrümmten Seite auf.
Die Schaltelemente 26, 30 und das Nockenelement 14 weisen zueinander
korrespondierende Verzahnungen 23, 24, 28, 32 auf, die dazu vorgesehen sind, die Drehbewegung des Nockenelements 14 in eine Drehung des Schaltelements 26, 30 umzusetzen. Die Verzahnungen 23, 24 des Nockenelements 14 sind an den äußeren Teilnocken 16, 22 angeordnet. Zähne der Verzahnungen 23, 24 des Nockenelements 14 sind jeweils in Axialrichtung, also entlang einer Richtung, in der die Drehachse 13 der Nockenwelle 1 1 verläuft, orientiert. Die Verzahnungen 23, 24 des Nockenelements 14 sind als nach außen weisende Stirnradverzahnungen ausgeführt. Die Verzahnungen 28, 32 der Schaltelemente 26, 30 sind auf den gekrümmten Seiten der Schaltelemente 26, 30 nach außen weisend angeordnet und bezüglich eines Zahnabstands und einer Zahnform zum Eingriff mit den Verzahnungen 23, 24 des Nockenelements 14 abgestimmt. Die Drehbewegung des Nockenelements 14 wird über ein Ineinandergreifen der
Verzahnungen 23, 24 des Nockenelements 14 und der Verzahnungen 28, 32 der Schaltelemente 26, 30 abgegriffen und jeweils in die Drehung des Schaltelements 26, 30 umgesetzt.
Die Schaltelemente 26, 30 weisen eine exzentrisch zu der Verzahnung 28, 32
angeordnete Drehachse 27, 31 auf, die dazu vorgesehen ist, die Drehung des
Schaltelements 26, 30 in die axiale Schaltbewegung umzusetzen. Zum axialen
Verschieben des Nockenelemets 14 kann sich das Schaltelement 26, 30 an der
Drehachse 27, 31 abstützen. Die Drehachse 27, 31 ist jeweils an einer Ecke des
Schaltelements 26, 30, an der die längere gerade Seite und die gekrümmte Seite des Schaltelements 26, 30 aneinandergrenzen, angeordnet. Durch eine exzentrische
Anordnung der Drehachse 27, 31 wird bei der Drehung des Schaltelements 26, 30 ein Teilbereich des Schaltelements 26, 30 rotiert, sodass ein Schwerpunkt des
Schaltelements 26, 30 in Axialrichtung verschoben wird. Das Schaltelement 26, 30 verschiebt dadurch das Nockenelement 14 in die jeweilige Axialrichtung. Die
Schaltelemente 26, 30 umfassen jeweils eine nicht näher dargestellte Rückstelleinheit, die das Schaltelement 26, 30 in eine Ausgangsstellung verdreht, sobald ein Eingriff der Verzahnungen 23, 24 des Nockenelements 14 und der Verzahnungen 28, 32 der Schaltelemente 26, 30 endet. Bevorzugt ist die Rückstelleinheit als eine Spiralfeder ausgeführt, die an dem Schaltelement 26, 30 und an einer drehbaren Achse, durch die die Drehachse 27, 31 des Schaltelements 26, 30 verläuft, angeordnet ist. Alternativ ist es vorstellbar, dass beispielsweise ein kleiner Motor das Schaltelement 26, 30 nach
Beendigung des Eingriffs der Verzahnungen 23, 24 des Nockenelements 14 und der Verzahnungen 28, 32 der Schaltelemente 26, 30 in die Ausgangsstellung zurückstellt. In einem Verfahren zum Betrieb der Brennkraftmaschine wird eine Drehbewegung des Nockenelements 14 in eine axiale Schaltbewegung des Nockenelements 14 umgesetzt, indem das Schaltelement 26, 30 der gehäusefest angeordneten Schalteinheit 25 mit dem Nockenelement 14 in Wirkverbindung gebracht wird und eine Wirkkontur des
Schaltelements 26, 30 die Drehbewegung des Nockenelements 14 in die axiale
Schaltbewegung umsetzt. In einem Betriebszustand vor einer Durchführung der axialen Schaltbewegung sind beide Schaltelemente 26, 30 in einer Richtung senkrecht zu der Drehachse 13 der Nockenwelle 1 1 mit einem Abstand zu dem Nockenelement 14 gelagert, sodass unabhängig von einer genauen Axialposition des Nockenelements 14 die Verzahnungen 23, 24 des Nockenelements 14 und die Verzahnungen 28, 32 der Schaltelemente 26, 30 sich nicht in einem Eingriff befinden. Eine Ebene, in der die Verzahnungen 23, 24 des Nockenelements 14 liegen, und eine Ebene, in der die
Verzahnungen 28, 32 der Schaltelemente 26, 30 liegen, verlaufen parallel mit einem Abstand, wobei die Ebene, in der die Verzahnungen 23, 24 des Nockenelements 14 liegen, einen geringeren Abstand zu der Drehachse 13 der Nockenwelle 1 1 aufweist als die Ebene, in der die Verzahnungen 28, 32 der Schaltelemente 26, 30 liegen. Zu einer Einleitung der axialen Schaltbewegung wird von einem dem Schaltelement 26, 30 zugeordneten Aktuator 29, 33 der Schalteinheit 25 das jeweilige Schaltelement 26, 30 radial auf die Nockenwelle 11 zubewegt, bis die Verzahnung 28, 32 des jeweiligen Schaltelements 26, 30 in die jeweilige Verzahnung 23, 24 des Nockenelements 14 einspurt und die axiale Schaltbewegung durch die Drehung des jeweiligen Schaltelements 26, 30 über die jeweils ineinandergreifenden Verzahnungen 23, 28 oder 24, 32 eingeleitet wird. Durch eine Wahl eines Ansteuerungszeitpunkts der Aktuatoren 29, 33 wird ein Zeitpunkt des Beginns der axialen Schaltbewegung ausgewählt. Der Zeitpunkt des Beginns der axialen Schaltbewegung kann dadurch unabhängig von einer Winkellage der Nockenwelle 11 gewählt werden.
Eine Drehung des Schaltelements 26, 30 wird mit einem nicht näher dargestellten Sensor aufgenommen, sodass eine nicht näher dargestellte Steuereinheit den Aktuator 29, 33 zur Abhebung des Schaltelements 26, 30 und damit zur Beendigung des Eingriffs der Verzahnungen 23, 24 des Nockenelements 14 und der Verzahnungen 28, 32 der
Schaltelemente 26, 30 ansteuern kann. Die Steuereinheit steuert den Aktuator 29, 33 jeweils so an, dass die axiale Schaltbewegung zu einem für die Brennkraftmaschine kennfeldabhängig geeigneten Zeitpunkt eingeleitet wird. Das Schaltelement 26, 30 ist bezüglich einer Größe so ausgeführt, dass eine vollständige Umdrehung des
Schaltelements 26, 30 das Nockenelement 14 um eine Teilnockenbreite verschiebt und eine Verschiebung des Nockenelements 14 um eine weitere Teilnockenbreite durch Versatz des Schaltelements 26, 30 um eine weitere Teilnockenbreite oder durch ein weiteres Schaltelement 26, 30, das entlang der Axialrichtung um eine Teilnockenbreite versetzt angeordnet ist, bewirkt wird. Eine Winkellage des Schaltelements 26, 30 relativ zu der jeweiligen Verzahnung 23, 24 des Nockenelements 14 zu einem Beginn der axialen Schaltbewegung kann durch die Steuereinheit über den Aktuator 29, 33 ebenfalls eingestellt werden, um eine relativ schnellere oder langsamere Schaltbewegung zu erreichen. Bezugszeichenliste
Ventiltriebvorrichtung
Nockenwelle
Triebwelle
Drehachse
Nockenelement
Nocken
Teilnocken
Teilnocken
Teilnocken
Nocken
Teilnocken
Teilnocken
Teilnocken
Verzahnung
Verzahnung
Schalteinheit
Schaltelement
Drehachse
Verzahnung
Aktuator
Schaltelement
Drehachse
Verzahnung
Aktuator

Claims

Patentansprüche
1. Ventiltriebvorrichtung für eine Brennkraftmaschine, mit zumindest einer
Nockenwelle (11), die zumindest ein axial verschiebbares Nockenelement (14) mit zumindest einem mehrspurigen Nocken (15, 19) aufweist, und mit einer
gehäusefest angeordneten Schalteinheit (25), die zumindest ein Schaltelement (26, 30) aufweist, das dazu vorgesehen ist, mit dem Nockenelement (14) in
Wirkverbindung gebracht zu werden,
dadurch gekennzeichnet, dass
das Schaltelement (26, 30) eine Wirkkontur aufweist, die dazu vorgesehen ist, eine Drehbewegung des Nockenelements (14) in eine axiale Schaltbewegung
umzusetzen.
2. Ventiltriebvorrichtung nach Anspruch 1 ,
dadurch gekennzeichnet, dass
sich das zumindest eine Schaltelement (26, 30) zur Umsetzung der Drehbewegung des Nockenelements (14) in eine axiale Schaltbewegung an einem weiteren Element der Schalteinheit (25) abstützt.
3. Ventiltriebvorrichtung nach Anspruch 1 oder 2,
dadurch gekennzeichnet, dass
das zumindest eine Schaltelement (26, 30) und das Nockenelement (14) zueinander korrespondierende Verzahnungen (23, 24, 28, 32) aufweisen, die dazu vorgesehen sind, die Drehbewegung des Nockenelements (14) in eine Drehung des Schaltelements (26, 30) umsetzen.
4. Ventiltriebvorrichtung nach einem der Ansprüche 1 bis 3,
dadurch gekennzeichnet, dass
das zumindest eine Schaltelement (26, 30) ein beispielsweise als Drehachse (27, 31 ) ausgeführtes Wirkelement aufweist, das dazu vorgesehen ist, die Bewegung des Schaltelements (26, 30) in die axiale Schaltbewegung umzusetzen.
5. Ventiltriebvorrichtung nach einem der vorhergehenden Ansprüche,
dadurch gekennzeichnet, dass
das zumindest eine Schaltelement (26, 30) durch eine Bewegung, die zumindest eine radiale Komponente aufweist, mit dem Nockenelement (14) in Wirkverbindung gebracht werden kann.
6. Brennkraftmaschine mit einer Ventiltriebvorrichtung (10) nach einem der Ansprüche 1 bis 5.
7. Verfahren zum Betrieb einer Brennkraftmaschine, insbesondere einer
Brennkraftmaschine nach Anspruch 6, bei dem eine Drehbewegung zumindest eines axial verschiebbaren Nockenelements (14) in eine axiale Schaltbewegung des Nockenelements (14) umgesetzt wird, indem ein Schaltelement (26, 30) einer gehäusefest angeordneten Schalteinheit (25) mit dem Nockenelement (14) in Wirkverbindung gebracht wird und eine Wirkkontur des Schaltelements (26, 30) die Drehbewegung des Nockenelements (14) in die axiale Schaltbewegung umsetzt.
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Citations (4)

* Cited by examiner, † Cited by third party
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