DE102013220554B4

DE102013220554B4 - Hubvariabler Ventiltrieb einer Brennkraftmaschine

Info

Publication number: DE102013220554B4
Application number: DE201310220554
Authority: DE
Inventors: Ronny Günnel; Norbert Nitz; Arne Manteufel; Arndt Ihlemann
Original assignee: Schaeffler Technologies AG and Co KG
Current assignee: Schaeffler Technologies AG and Co KG
Priority date: 2013-10-11
Filing date: 2013-10-11
Publication date: 2015-05-13
Anticipated expiration: 2033-10-12
Also published as: DE102013220554A1

Abstract

Vorgeschlagen ist ein Ventiltrieb (1) einer Brennkraftmaschine, mit einer Nockenwelle, die eine Trägerwelle (2) und ein darauf drehfest und zwischen zumindest zwei Axialpositionen verschiebbar angeordnetes Nockenstück (3) umfasst, das eine Nockengruppe mit unterschiedlichen Nockenerhebungen und eine nutartige Axialkulisse (7) mit äußeren Führungswänden (12, 13, 14, 15) zur Vorgabe zweier sich in einem Kreuzungsbereich (11) kreuzender Kulissenbahnen (8, 9) aufweist, und mit zumindest einem Betätigungsstift (10) zum Verschieben des Nockenstücks in Richtung beider Kulissenbahnen, wobei die Kulissenbahnen (8, 9) radial höhenversetzt zueinander verlaufen, so dass die tiefere Kulissenbahn (9) nach dem Kreuzungsbereich auch durch eine innere Führungswand (18) vorgegeben ist, die durch den Höhenversatz gebildet ist. Dabei soll die höhere Kulissenbahn (8) nach dem Kreuzungsbereich auch durch eine weitere innere Führungswand (19) vorgegeben sein, die ortsfest in der Axialkulisse aufragt und sich axial lückenlos an diejenige äußere Führungswand (12) anschließt, die die höhere Kulissenbahn vor dem Kreuzungsbereich vorgibt.

Description

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

1: Gaswechselventiltrieb
2: Trägerwelle
3: Nockenstück
4a, 4b: Nocken
5: Schlepphebel
6: Gaswechselventil
7, 7': Axialkulisse
8, 8': Kulissenbahn
9, 9': Kulissenbahn
10: Betätigungsstift
11: Kreuzungsbereich
12: äußere Führungswand
13: äußere Führungswand
14: äußere Führungswand
14': Verlauf
15: äußere Führungswand
16: Nutgrund der Kulissenbahn 8
17: Nutgrund der Kulissenbahn 9
18: innere Führungswand
19: weitere innere Führungswand
20: Vorsprung
21: Verschiebebereich
22: Längsseite des Vorsprungs 20
23: Verschiebebereichsteil
24: Ausspurbereich
25: Einspurbereich
26: Drehachse der Axialkulisse 7
27: Axialhub der Kulissenbahn 8
28: Axialhub der Kulissenbahn 9

Claims

Ventiltrieb (1) einer Brennkraftmaschine, mit einer Nockenwelle, die eine Trägerwelle (2) und ein darauf drehfest und zwischen zumindest zwei Axialpositionen verschiebbar angeordnetes Nockenstück (3) umfasst, das zumindest eine Nockengruppe benachbarter Nocken (4a, 4b) mit unterschiedlichen Nockenerhebungen und eine nutartige Axialkulisse (7) mit äußeren Führungswänden (12, 13, 14, 15) zur Vorgabe zweier sich in einem Kreuzungsbereich (11) kreuzender Kulissenbahnen (8, 9) aufweist, und mit zumindest einem in die Axialkulisse (7) einspurenden Betätigungsstift (10) zum Verschieben des Nockenstücks (3) in beide Axialrichtungen der Kulissenbahnen (8, 9), wobei der Nutgrund (16) der einen Kulissenbahn (8) und der Nutgrund (17) der anderen Kulissenbahn (9) radial höhenversetzt zueinander verlaufen, so dass die tiefere Kulissenbahn (9) bezüglich der Nockendrehrichtung hinter dem Kreuzungsbereich (11) auch durch eine innere Führungswand (18) vorgegeben ist, die durch den Höhenversatz gebildet ist, dadurch gekennzeichnet, dass die höhere Kulissenbahn (8) bezüglich der Nockendrehrichtung hinter dem Kreuzungsbereich (11) auch durch eine weitere innere Führungswand (19) vorgegeben ist, die ortsfest in der Axialkulisse (7) vom Nutgrund (16) der höheren Kulissenbahn (8) aufragt und sich axial lückenlos an diejenige äußere Führungswand (12) anschließt, die die höhere Kulissenbahn (8) bezüglich der Nockendrehrichtung vor dem Kreuzungsbereich (11) vorgibt.
Ventiltrieb nach Anspruch 1, dadurch gekennzeichnet, dass sich die weitere innere Führungswand (19) axial versatzfrei an diejenige äußere Führungswand (12) anschließt, die die höhere Kulissenbahn (8) bezüglich der Nockendrehrichtung vor dem Kreuzungsbereich (11) vorgibt.
Ventiltrieb nach Anspruch 1 oder 2, dadurch gekennzeichnet, dass der sich bezüglich der Nockendrehrichtung bis zum Kreuzungsbereich (11) erstreckende Axialhub (27) der höheren Kulissenbahn (8) größer als der sich bezüglich der Nockendrehrichtung bis zum Kreuzungsbereich (11) erstreckende Axialhub (28) der tieferen Kulissenbahn (9) ist.
Ventiltrieb nach einem der vorhergehenden Ansprüche, dadurch gekennzeichnet, dass die weitere innere Führungswand (19) auf einer der beiden Längsseiten eines länglichen Vorsprungs (20) verläuft, dessen andere Längsseite (22) als stufenlose Erhöhung der inneren Führungswand (18) der tieferen Kulissenbahn (9) ausgebildet ist.