DE102011101868A1

DE102011101868A1 - Vorrichtung zur Variation des Ladungswechselventilhubes bei einer Verbrennungskraftmaschine

Info

Publication number: DE102011101868A1
Application number: DE102011101868A
Authority: DE
Inventors: Uwe Parsche
Original assignee: IAV GmbH Ingenieurgesellschaft Auto und Verkehr
Current assignee: IAV GmbH Ingenieurgesellschaft Auto und Verkehr
Priority date: 2011-05-16
Filing date: 2011-05-16
Publication date: 2012-11-22
Anticipated expiration: 2031-05-17
Also published as: US20120291731A1; DE102011101868B4; US8607750B2

Abstract

Es ist Aufgabe der vorliegenden Erfindung, die axiale Verschiebung eines Nockenträgers auf der Nockenwelle mit möglichst kompakten Mitteln zu gestalten. Diese Aufgabe wird erfindungsgemäß dadurch gelöst, dass zur axialen Verschiebung eines Nockenträgers auf der Nockenwelle einer Verbrennungskraftmaschine parallel zur Nockenwelle eine Verstellwelle angeordnet ist und dass auf der Verstellwelle drehfest, aber axial verschiebbar, ein erstes Übertragungselement angeordnet ist, das eine Führungsbahn aufweist und dass bei Verdrehung der Verstellwelle entlang der Führungsbahn ein erstes Eingriffselement geführt wird, das ortsfest mit dem Gehäuse der Verbrennungskraftmaschine verbunden ist und dass bei Verdrehung der Verstellwelle entlang der Führungsbahn ein zweites Eingriffselement geführt wird, das zur axialen Verschiebung des Nockenträgers an einem zweiten Übertragungselement angeordnet ist.

Description

Die vorliegende Erfindung betrifft eine Vorrichtung zur Variation des Ladungswechselventilhubes bei einer Verbrennungskraftmaschine mit den Merkmalen des Patentanspruches 1.
Es ist bekannt, zur Variation des Ladungswechselventilhubes bei einer Verbrennungskraftmaschine einen Nockenträger vorzusehen, der axial verschiebbar auf der Nockenwelle angeordnet ist und mindestens zwei unterschiedliche Nockenprofile aufweist. Aus der EP2196638B1 ist es vorbekannt, zur Verschiebung eines Nockenträgers auf der Nockenwelle einer Verbrennungskraftmaschine eine Verstellwelle parallel zu der Nockenwelle anzuordnen. Auf der Verstellwelle ist eine Schaltkulisse axial verschiebbar angeordnet. Die Schaltkulisse und die Verstellwelle sind nicht miteinander drehfest verbunden. Die Schaltkulisse umfasst eine sich entgegen der Drehrichtung der Nockenwelle erweiternde Kulissennut, die mit einem am Nockenträger fest angeordneten Pin in Eingriff gebracht werden kann. Die Kulissennut wird dann in Eingriff mit dem Pin gebracht, wenn die Schaltkulisse axial verschoben wird. Die Schaltkulisse wird dadurch axial verschoben, dass die Verstellwelle verdreht wird und zwei drehfest mit der Verstellwelle verbundene Stifte auf zwei Konturelementen, die in axialer Richtung an der Schaltkulisse an deren Stirnseiten angeordnet sind, derart entlang geführt werden, dass in Richtung der axialen Erstreckung der Stellwelle eine Hubbewegung ausgeführt wird. Bei einem Eingriff des Pins in die Kulissennut wird der Nockenträger axial verschoben und es erfolgt eine Umschaltung des Ventilhubes. Die Schaltkulisse umgreift die Nockenwelle teilweise, benötigt also recht viel Bauraum. Es ist daher Aufgabe der vorliegenden Erfindung, die axiale Verschiebung eines Nockenträgers auf der Nockenwelle mit kompakteren Mitteln zu gestalten. Diese Aufgabe wird erfindungsgemäß dadurch gelöst, dass zur axialen Verschiebung eines Nockenträgers auf der Nockenwelle einer Verbrennungskraftmaschine parallel zur Nockenwelle eine Verstellwelle angeordnet ist und dass auf der Verstellwelle drehfest, aber axial verschiebbar ein erstes Übertragungselement angeordnet ist, das eine Führungsbahn aufweist und dass bei Verdrehung der Verstellwelle entlang der Führungsbahn ein erstes Eingriffselement geführt wird, das ortsfest mit dem Gehäuse der Verbrennungskraftmaschine verbunden ist und dass bei Verdrehung der Verstellwelle entlang der Führungsbahn ein zweites Eingriffselement geführt wird, das zur axialen Verschiebung des Nockenträgers an einem zweiten Übertragungselement angeordnet ist. Der vorliegenden Erfindung liegt demnach die Überlegung zu Grunde, zur Umschaltung zwischen mehreren verfügbaren Nockenprofilen auf der Nockenwelle einer Verbrennungskraftmaschine zur Betätigung eines oder mehrerer Ladugswechselventile eines Zylinders parallel zur Nockenwelle eine Verstellwelle anzuordnen, auf der drehfest, aber axial verschiebbar ein erstes Übertragungselement angeordnet ist, das eine Führungsbahn aufweist und dass bei Verdrehung der Verstellwelle entlang der Führungsbahn ein erstes Eingriffselement geführt wird, das ortsfest mit dem Gehäuse der Verbrennungskraftmaschine verbunden ist und dass bei Verdrehung der Stellwelle entlang der Führungsbahn ein zweites Eingriffselement geführt wird, das zur Umschaltung zwischen den verfügbaren Nockenprofilen auf der Nockenwelle an einem zweiten Übertragungselement angeordnet ist. Das zweite Übertragungselement wirkt bevorzugt mit einem axial verschiebbaren Nockenträger zusammen, der mehrere Nockenprofile aufweist. Das zweite Übertragungselement kann jedoch auch als Hebel, z. B. als Schlepp- oder Kipphebel ausgeführt sein, der zur Umschaltung zwischen den verfügbaren Nockenprofilen auf einer Nockenwelle axial verschoben werden kann, wie beispielsweise in der US4534323 offenbart. Dadurch, dass das erste Eingriffselement ortsfest in dem Gehäuse der Verbrennungskraftmaschine angeordnet ist und das zweite Eingriffselement mit dem zweiten Übertragungselement verbunden ist und das erste und das zweite Eingriffselement über eine Führungsbahn miteinander verknüpft sind, wird eine äußert kompakte Bauform erreicht. Zudem kann erfindungsgemäß die Führungsbahn flexibel gestaltet werden, so dass sich vorteilhafte Auswirkungen auf die axiale Verschiebung des Nockenträgers bzw. die Anzahl auswähl- und schaltbarer Nockenprofile ergeben. So kann in Abhängigkeit der Gestaltung der Führungsbahn eine Vergrößerung des erreichbaren axialen Verschiebeweges des Nockenträgers bei gleichem Verdrehwinkel der Verstellwelle erreicht werden. Insbesondere kann die Führungsbahn so gestaltet sein, dass sich bei einer Verdrehung der Verstellwelle die axiale Verschiebung des ersten Übertragungselementes gegenüber dem Gehäuse der Verbrennungskraftmaschine und die axiale Verschiebung des zweiten Übertragungselementes gegenüber dem ersten Übertragungselement addieren. Ferner können die für die axiale Verschiebung des Nockenträgers erforderlichen Bereiche der Führungsbahn, die eine Steigung aufweisen, infolge des über die lediglich eine Führungsbahn verknüpften ersten und zweiten Eingriffselements flacher ausgeführt werden, so dass die Kräfte zwischen den beteiligten Bauelementen minimiert werden können. Weitere vorteilhafte Ausgestaltungen sind den abhängigen Patentansprüchen und dem nachfolgenden Ausführungsbeispiel zu entnehmen.
Babel zeigen:
1: eine schematische Darstellung der erfindungsgemäßen Vorrichtung,
2: eine schematische Darstellung einzelner Phasen des Zusammenwirkens des ersten und zweiten Eingriffselementes in Anhängigkeit der Gestaltung der Führungsbahn.
Wie in 1 gezeigt, umfasst eine Verbrennungskraftmaschine eine Nockenwelle 1. Die Nockenwelle 1 weist eine Profilierung an ihrem Aussenumfang auf, so dass ein hülsenförmiger Nockenträger 2, der an seinem Innenumfang ebenfalls eine entsprechende Profilierung aufweist, drehfest, aber axial verschiebbar auf der Nockenwelle 1 angeordnet ist. Der Nockenträger 2 umfasst, wie allgemein bekannt, mehrere Nackenprofile 3a bis 3c, die mit nicht dargestellten Ladungswechselventilen in Wirkverbindung stehen. Parallel zu der Nockenwelle 1 ist eine Verstellwelle 4 angeordnet. Die Verstellwelle 4 weist eine Profilierung an ihrem Aussenumfang auf, so dass ein hülsenförmiges erstes Übertragungselement 5, das an seinem Innenumfang ebenfalls eine entsprechende Profilierung aufweist, drehfest, aber axial verschiebbar auf der Verstellwelle 4 angeordnet ist. Das erste Übertragungselement 5 weist an seinem Aussenumfang eine umlaufende, in sich geschlossene Nut bzw. eine Führungsbahn 6 auf. In der Führungsbahn 6 ist ein Pin als ein erstes Eingriffselement 7 geführt. Das erste Eingriffselement 7 ist ortsfest mit dem Gehäuse 8 der Verbrennungskraftmaschine verbunden. In der Führungsbahn 6 ist weiterhin ein Pin als ein zweites Eingriffselement 9 geführt. Das zweite Eingriffselement 9 steht mit einem zweiten Übertragungselement 10 in Wirkverbindung, indem es an dem zweiten Übertragungselement 10 fest angeordnet ist. Das zweite Übertragungselement 10 kann z. B. ein Wälzlager zur Lagerung der Nockenwelle 1 bzw. des Nockenträgers 2 sein, an dessen Aussenring das zweite Eingriffselement 9 angeordnet ist. Der Innenring dieses Wälzlagers ist dabei drehfest mit dem Nockenträger 2 verbunden. Der Aussenring des Wälzlagers ist in einer Passbohrung im Gehäuse 8 der Verbrennungskraftmaschine so angeordnet, dass eine axiale Verschiebung des Aussenringes möglich ist. Das gesamte Wälzlager und somit der Nockenträger 2 kann daher über eine axiale Kraft, die auf das zweite Eingriffselement 9 wirkt, in Bezug auf das Gehäuse 8 der Verbrennungskraftmaschine in axialer Richtung der Nockenwelle 1 verschoben werden. Für eine Arretierung des Nockenträgers 2 in diskreten axialen Positionen sind Ausnehmungen 11 am zweiten Übertragungselement 10 angeordnet, in die wiederum nicht gezeigte federbelastete Kugeln eingreifen können. Zur Umschaltung zwischen den drei Nockenprofilen 3a bis 3c, d. h. einer bestimmten axialen Verschiebung des Nockenträgers 2, wird die Verstellwelle 4 und somit das erste Übertragungselement 5 um einen bestimmten Winkel verdreht. Dadurch, dass das erste Eingriffselement 7 ortsfest mit dem Gehäuse 8 der Verbrennungskraftmaschine verbunden ist und das zweite Eingriffselement 9 mit dem zweiten Übertragungselement 10 verbunden ist, erfolgt in Abhängigkeit der Gestaltung der Führungsbahn 6 bei Drehung der Verstellwelle 4 ein axiales Verschieben des zweiten Übertragungselementes 10 gegenüber dem Gehäuse 8 der Verbrennungskraftmaschine und somit ein axiales Verschieben des Nockenträgers 2. Die Gestaltung der Führungsbahn 6 ist erfindungsgemäß flexibel gestaltbar. So kann für den in 1 gezeigten Nockenträger 2 mit drei Nockenprofilen 3a bis 3c die Führungsbahn 6 derart gestaltet sein, dass zwei Schaltvorgänge in eine axiale Richtung des Nockenträgers 2, z. B. von dem Nockenprofil 3a kommend, hin zu dem Nockenprofil 3c und zurück, d. h. in Summe vier Schaltstellungen je Umdrehung der Verstellwelle 4, möglich sind. Durch das Zusammenwirken des ersten Eingriffselementes 7, das ortsfest mit dem Gehäuse 8 der Verbrennungskraftmaschine verbunden ist, mit dem zweiten Eingriffselement 9, das mit dem zweiten Übertragungselement 10 verbunden ist, kann in Abhängigkeit der Gestaltung der Führungsbahn 6 eine Vergrößerung des erreichbaren axialen Verschiebeweges des Nockenträgers 2 bei gleichem Verdrehwinkel der Verstellwelle 4 erreicht werden. Ausserdem werden auf diese Weise die für die axiale Verschiebung des Nockenträgers 2 erforderlichen Bereiche der Führungsbahn 6, die eine Steigung aufweisen, flacher. Die Darstellungen in den 2a bis 2e stellen diese Zusammenhänge im Detail dar. Die 2a bis 2e zeigen hierzu eine Abwicklung des Umfanges des ersten Übertragungselementes 5 über 360° Drehwinkel bzw. eine Abwicklung der Führungsbahn 6 für die vier Schaltungen, die gemäß der Ausführung in 1 erforderlich sind. Die beiden Eingriffselemente 7, 9 stehen sich dabei direkt gegenüber, d. h. sie liegen in einem Winkel von 180° zueinander. Wie in 2a zunächst dargestellt, addieren sich erfindungsgemäß der relativ geringe Hub des ersten Übertragungselementes 5, der sich dadurch ergibt, dass das erste Übertragungselement 5 um 90° verdreht wird und sich an dem ersten Eingriffselement 7 am Gehäuse 8 abstützt und die Führungsbahn 6 einen ersten Steigungsabschnitt 6a aufweist und der Hub des zweiten Übertragungselementes 10, der sich dadurch ergibt, dass das erste Übertragungselement 5 verdreht wird und die Führungsbahn 6 einen weiteren Steigungsabschnitt 6b aufweist, ausgehend von einem Nullhub h0 auf den gemeinsamen Hub h, d. h. durch die Verdrehung der Verstellwelle 4 ergibt sich, auch wenn nur eine Führungsbahn 6 verwendet wird, ein vergrößerter gemeinsamer Hub h, der zur axialen Verschiebung des Nockenträgers 2 zur Verfügung steht. Gemäß 2a ist mit anderen Worten die Lage des ersten Übertragungselementes 5 und der beiden Eingriffselemente 7, 9 relativ zueinander für die axiale Position des Nockenträgers 2 gezeigt, bei der die Gaswechselventile in Wirkverbindung mit dem Hubprofil 3a stehen. Für eine Umschaltung auf das Hubprofil 3b wird das erste Übertragungselement 5 um weitere 90° in die gleiche Richtung verdreht, so dass das erste und zweite Eingriffselement 7, 9 die Stellungen in der Führungsbahn 6, wie in 2b gezeigt, einnehmen und die axiale Verschiebung des Nockenträgers 2 gegenüber 2a um die Hälfte abnimmt und so dass das Nockenprofil 3b anstelle des Nockenprofils 3a in Wirkverbindung mit den Gaswechselventilen steht. Bei einer weiteren Drehung der Verstellwelle 4 um 90° wird das zweite Eingriffselement 9 nun so verschoben, dass das Hubprofil 3c in Wirkverbindung mit den Gaswechselventilen steht, wie in 2c gezeigt. Da das Hubprofil 3c lediglich dem Grundkreis der beiden Hubprofile 3a und 3b entspricht, erfolgt eine Abschaltung der in Wirkverbindung mit dem Hubprofil 3c stehenden Gaswechselventile. Wird die Verstellwelle um weitere 90° verdreht, wird das zweite Eingriffselement 9 so verschoben, dass wieder das Hubprofil 3b in Wirkverbindung mit den Gaswechselventilen steht, wie in 2d gezeigt. Wird die Verstellwelle um noch weitere 90° verdreht, wird das zweite Eingriffselement 9 so verschoben, dass wieder das Hubprofil 3a in Wirkverbindung mit den Gaswechselventilen steht, wie in 2e oder wie in 2a gezeigt. Erfindungsgemäß wird demgemäß eine sehr kompakte Vorrichtung zur axialen Verschiebung des Nockenträgers 2 gebildet. Erfindungsgemäß treten infolge der relativ flachen Steigungsabschnitte 6a, 6b in der Führungsbahn 6 vergleichsweise geringe Kontaktkräfte zwischen dem ersten Übertragungselement 5 und dem ersten sowie zweiten Eingriffselement 7, 9 auf. Ferner sind relativ große Durchmesser des jeweils z. B. als Pin ausgelegten ersten und zweiten Eingriffselementes 7, 9 realisierbar. Die Formulierung, dass das erste und das zweite Eingriffselement entlang der Führungsbahn 6 geführt wird, ist erfindungsgemäß gleichbedeutend damit, dass die Führungsbahn 6 eine Nut ist, die am Umfang des ersten Übertragungselementes 5 eingearbeitet ist und das erste und das zweite Eingriffselement 7, 9 jeweils in diese Nut eingreifen und in der Nut geführt werden oder gleichbedeutend damit, dass die Führungsbahn 6 eine Erhebung ist, die am Umfang des ersten Übertragungselementes 5 angeordnet ist und das erste und das zweite Eingriffselement 7, 9 jeweils diese Erhebung umgreift und von der Erhebung geführt wird, d. h. das erste und das zweite Eingriffselement 7, 9 kann jeweils auch als Umschließungselement aufgefasst werden, welches die Erhebung umschließt. Die Führungsbahn 6 kann auch auf dem Innenumfang des ersten Übertragungselementes 5 angeordnet sein, wenn dieses zumindest einen Teil aufweist, der einem Hohlzylinder entspricht und der einen zugänglichen Innenumfang hat.
ZITATE ENTHALTEN IN DER BESCHREIBUNG
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Zitierte Patentliteratur

EP 2196638 B1 [0002]
US 4534323 [0002]

Claims

Vorrichtung zur Variation des Ladungswechselventilhubes bei einer Verbrennungskraftmaschine mit folgenden Merkmalen: – die Ladungswechselventile können zur Variation des Ladungswechselventilhubes mit unterschiedlichen Nockenprofilen in Wirkverbindung gebracht werden, – die Nockenprofile sind an einem axial auf der Nockenwelle verschiebbaren Nockenträger angeordnet, – zur axialen Verschiebung des Nockenträgers ist parallel zur Nockenwelle eine Verstellwelle angeordnet, – auf der Verstellwelle ist drehfest, aber axial verschiebbar, ein erstes Übertragungselement angeordnet, – das erste Übertragungselement weist eine Führungsbahn auf, – entlang der Führungsbahn wird bei einer Verdrehung der Verstellwelle ein erstes Eingriffselement geführt, das ortsfest mit dem Gehäuse der Verbrennungskraftmaschine verbunden ist, – entlang der Führungsbahn wird bei einer Verdrehung der Verstellwelle ein zweites Eingriffselement geführt, das an einem zweiten Übertragungselement angeordnet ist, – das zweite Übertragungselement ist derart mit dem Nockenträger verbunden, dass der Nockenträger axial verschoben werden kann.
Vorrichtung nach Patentanspruch 1, dadurch gekennzeichnet, dass die Führungsbahn eine in sich geschlossene umlaufende Nut ist, die in den Umfang des ersten Übertragungselementes eingearbeitet ist und das erste und das zweite Eingriffselement jeweils in diese Nut eingreifen und in der Nut geführt werden.
Vorrichtung nach Patentanspruch 1, dadurch gekennzeichnet, dass die Führungsbahn eine Erhebung ist, die am Umfang des ersten Übertragungselementes angeordnet ist und das erste und das zweite Eingriffselement jeweils diese Erhebung umgreifen und von der Erhebung geführt werden.
Vorrichtung nach Patentanspruch 1 bis 3, dadurch gekennzeichnet, dass das zweite Übertragungselement ein Lager zur Lagerung der Nockenwelle und des Nockenträgers ist.
Vorrichtung nach Patentanspruch 4, dadurch gekennzeichnet, dass das Lager ein Wälzlager ist, an dessen Aussenring das zweite Eingriffselement angeordnet ist und der Innenring dieses Wälzlagers drehfest mit dem Nockenträger verbunden ist und der Aussenring des Wälzlagers in einer Passbohrung im Gehäuse der Verbrennungskraftmaschine so angeordnet ist, dass eine axiale Verschiebung des Aussenringes möglich ist und das gesamte Wälzlager und somit der Nockenträger über eine axiale Kraft, die auf das zweite Eingriffselement wirkt, in Bezug auf das Gehäuse der Verbrennungskraftmaschine in axialer Richtung der Nockenwelle verschoben werden kann.
Vorrichtung nach Patentanspruch 1 bis 5, dadurch gekennzeichnet, dass das erste Übertragungselement eine Führungsbahn aufweist, die derart entlang des Umfanges des ersten Übertragungselementes angeordnet ist, dass sich bei einer Verdrehung der Verstellwelle die axiale Verschiebung des ersten Übertragungselementes gegenüber dem Gehäuse der Verbrennungskraftmaschine und die axiale Verschiebung des zweiten Übertragungselementes gegenüber dem ersten Übertragungselement addieren.
Vorrichtung nach Patentanspruch 6, dadurch gekennzeichnet, dass die Führungsbahn derart entlang des Umfanges des ersten Übertragungselementes angeordnet ist, dass bei einer Umdrehung der Verstellwelle um 360° Drehwinkel zwei axiale Verschiebvorgänge des Nockenträgers in eine Richtung entlang der Nockenwelle und zurück erfolgen.