Bezeichnung der Erfindung

Raumnockenventiltrieb mit modifizierter Raumnockengeometrie

Beschreibung

Gebiet der Erfindung

Die vorliegende Erfindung betrifft einen Raumnockenventiltrieb für eine Brennkraftmaschine mit wenigstens einer mit einem oder mehreren Raumnocken ausgeführten Nockenwelle, die in einer Nockenwellenachse axial beweglich ist. Dabei umfasst der Raumnockenventiltrieb einen Nockenfolger, der mit den Raumnocken zusammenwirkt, um die Hubinformation der Raumnockenkontur auf wenigstens ein Ventil zu übertragen.

Allgemein bekannt sind Raumnockenventiltriebe, bei denen auf den Raumnocken die Ventilhubinformation abgelegt ist. Der dreidimensional ausgeführte Raumnocken beinhaltet in Kombination mit dem Nockenfolger zumindest die Ventilhubinformation in weiter Ausgestaltung sowie die Phasenlageninformati- on. Der Kontakt zwischen dem Raumnocken und dem Nockenfolger kann über Abgriffsrollen erfolgen, wobei auch ein Gleitkontakt möglich ist. Der Kontakt ist zumeist als Linienkontakt zwischen den Elementen ausgebildet, wobei die Nockenwelle axial verstellt werden kann und das Abgriffselement durch die sich ändernde Nockenkontur unterschiedliche Hübe abgreift.

Bei derartigen Raumnockenventiltrieben ergibt sich häufig das Problem, nach Möglichkeit alle Freiheitsgrade innerhalb des Raumnockenventiltriebes zu ermöglichen. Zwar kann der Ventilhub zwischen einem Maximalhub und einem

Minimalhub variiert werden, jedoch ist es häufig vorteilhaft, eine Abschaltung einzelner Ventile zu schaffen. Bekannte Systeme zur Abschaltung einzelner Ventile, die auch im Betrieb der Brennkraftmaschine keinen Hub ausführen und den Ladungswechsel im zugeordneten Zylinder unterbinden, sind sehr aufwen- dig, bestehen aus einer Vielzahl von Einzelteilen und beruhen häufig auf dem Prinzip der Entkopplung der Nockenwelle bzw. des Nockenwellenabschnittes zu ihrer Deaktivierung. Ein Nockenfolger kann dabei ein, zwei oder mehrere Ventile ansteuern.

Es ist daher die Aufgabe der vorliegenden Erfindung, einen Raumnockenventiltrieb zu schaffen, welcher neben der Funktion verschiedener Ventilsteuerzeiten und verschieden einstellbarer Ventilhübe zusätzlich die Funktion einer Ventilabschaltung aufweist.

Diese Aufgabe wird ausgehend von einem Raumnockenventiltrieb gemäß dem Oberbegriff des Anspruchs 1 in Verbindung mit dessen kennzeichnenden Merkmalen gelöst. Vorteilhafte Weiterbildungen der Erfindung sind in den abhängigen Ansprüchen angegeben.

Die Erfindung schließt die technische Lehre ein, dass die Raumnockenkontur derart ausgebildet ist, dass der Hub des Ventils in wenigstens einer axialen Position der Nockenwelle unterbleibt, um eine Abschaltung des Ventils zu schaffen.

Damit wird der Vorteil erreicht, dass ohne zusätzliche Einrichtungen eine Abschaltung einzelner Ventile oder Ventilpaare in einer bestimmten axialen Position der Nockenwelle ermöglicht wird. Wird die Nockenwelle in die axiale Position bewegt, in der die Raumnockenkontur die geometrische Ausbildung aufweist, um einen Ventilhub zu unterbinden, wird das Ventil bzw. die Ventile, die durch einen entsprechenden Raumnocken angelenkt werden, still gelegt.

Eine vorteilhafte Ausführungsform eines erfindungsgemäßen Raumnockenventiltriebes umfasst eine Raumnockenkontur, die einen ersten Schrägungswinkel aufweist, welcher in einen vergrößerten zweiten Schrägungswinkel übergeht. Der Schrägungswinkel beschreibt den Winkel der Kontaktfläche auf der Raum- nockenkontur relativ zur Nockenwellenachse, innerhalb der der Raumnocken axial beweglich ist. Für die gewöhnliche Veränderung zwischen einem Maximalhub und einem Minimalhub ist das Abgriffselement mit dem Abschnitt auf der Raumnockenkontur in Kontakt, welcher den ersten Schrägungswinkel aufweist, wobei zur Abschaltung des Ventiltriebes das Abgriffselement des No- ckenfolgers in den Bereich mit der Raumnockenkontur in Kontakt steht, welcher den größeren zweiten Schrägungswinkel aufweist. Der zweite Schrägungswinkel ist derart groß ausgebildet, dass der Hub des Ventils Null wird und das Ventil abgeschaltet wird, da die Kontur in der Raumnocke das Abgriffselement nicht mehr hinreichend oder gar nicht auslenkt. Somit endet der minimale Wirk- radius der Raumnockenkontur nicht in einem Bereich, welcher lediglich einen minimalen Ventilhub hervorruft, sondern dieser endet erst in einem Bereich eines zweiten Schrägungswinkels, der so ausgebildet ist, dass der Ventilhub Null wird.

Vorteilhafterweise umfasst die Nockenwelle mehrere Raumnocken, die Ventile verschiedener Zylinder der Brennkraftmaschine zugeordnet sind. Die Nockenwelle umfasst ferner wenigstens einen Raumnocken, welcher nur den ersten Schrägungswinkel aufweist, wobei wenigstens ein weiterer Raumnocken auf der gleichen Nockenwelle vorgesehen ist, der den ersten und den zweiten Schrägungswinkel aufweist und eine Abschaltung der Ventile ermöglicht, die diesem Raumnocken zugeordnet sind. Die Nockenwelle ist mit mehreren Raumnocken ausgeführt, welche jeweils zylinderindividuelle Ventilhubinformationen tragen. Im Ergebnis entsteht eine Nockenwelle mit Raumnocken, welche unterschiedliche Raumnockenkonturen bzw. sich unterscheidende Raumno- ckenwellen aufweist, und wobei die Raumnocken der jeweiligen Abgriffskinematik angepasst sein können. Diese Möglichkeit ist besonders vorteilhaft anzuwenden bei Motoren mit mehreren Zylinderbänken, so dass eine Zylinder-

bank beispielsweise vollständig oder teilweise abgeschaltet werden kann, während die andere Zylinderbank den Betrieb aller Zylinder vorsieht. Die einzelne Zu- oder Abschaltung von Zylinderbänken oder einzelnen Zylindern erfolgt folglich lediglich durch axiale Verstellung der Nockenwelle. Ferner ergeben sich Geräuschvorteile der Brennkraftmaschinen durch die geringeren Ventilhübe, wobei ein kleinerer Ventilhub zu einer geringeren Geräuschentwicklung führt, da weniger Einzelteile bewegt werden, und die bewegten Teile einer geringeren Dynamik unterworfen sind.

Es ist beispielsweise von Vorteil, dass die einer ersten Zylinderbank zugeordnete Nockenwelle mehrere Raumnocken umfasst, welche wenigstens teilweise mit dem ersten Schrägungswinkel und dem zweiten Schrägungswinkel ausgebildet sind und die einer zweiten Zylinderbank zugeordnete Nockenwelle mehrere Raumnocken umfasst, welche nur mit dem ersten Schrägungswinkel aus- gebildet sind. Am Beispiel eines Vierzylinders lässt die vorliegende Erfindung den Vorteil zu, dass die Nockenwelle einer Zylinderbank mit vier in Reihe zugeordneten Zylindern zugeordnet ist, wobei die Nockenwelle vier den jeweiligen Zylindern zugeordnete Raumnocken aufweist. Die den beiden mittleren Zylindern zugeordneten Raumnocken sind mit dem ersten und dem zweiten Schrägungswinkel ausgebildet, wobei die den beiden äußeren Zylindern zugeordneten Raumnocken nur mit dem ersten Schrägungswinkel ausgebildet sind. Die besondere Wirkung dieser Anordnung der vorliegenden Erfindung äußert sich bei Brennkraftmaschinen mit vier Zylindern in besonderer Weise, da in einem niedrigen Lastbereich zwei Zylinder abgeschaltet werden können, so dass der Vorteil der Reduzierung der bewegten Massen, der emittierten Geräusche sowie des Spritverbrauchs und der Abgasemissionen im Teillastbetrieb erreicht werden kann.

Mögliche Ausführungsformen des Nockenfolgers umfassen Kipphebel, Schlepphebel oder ähnlich ausgestaltete Hebelsysteme, welche sich insbesondere durch die Kinematik unterscheiden, die durch unterschiedliche Auflagerstellen erreicht werden. Die Kipp- oder Schlepphebel umfassen eine oder

mehrere Abgriffsrollen, welche in Kontakt mit dem Raumnocken stehen. Die Abgriffsrollen sind in einer Wippenanordnung innerhalb des rahmenartigen Kipp- oder Schwenkhebels aufgenommen, so dass diese der sich ändernden Kontur der Raumnocken folgen können. Somit ist in Abhängigkeit der axialen Position der Nockenwelle eine erste Abgriffsrolle mit dem Bereich des ersten Schrägungswinkels in Kontakt, wobei eine zweite Abgriffsrolle mit dem Bereich des zweiten Schrägungswinkels in Kontakt steht. Der effektive Hub, welcher in dieser Betriebssituation erreicht wird, kann so klein werden, dass der Hub des zumindest einen Ventils unterbleibt.

Durch eine entsprechende Weiterbildung des zweiten Schrägungswinkels kann dieser ferner so ausgebildet sein, dass der effektive Radius der Nocke dem Grundkreis des Raumnockens entspricht. Steht das Abgriffselement mit diesem Bereich des Raumnockens in Kontakt, so ergibt sich gegenüber dem Grund- kreis der Raumnocke keine Radiusveränderung, so dass dieser Bereich als reine Zylinderform zu beschreiben ist. Das Abgriffselement wälzt lediglich über den Außenumfang des zylinderförmigen Bereiches ab, so dass ein Hub auch während der Rotation der Nockenwelle unterbleiben kann. Der übergang zwischen den Schrägungswinkeln ist mit Radien ausgestaltet, so dass insgesamt eine sphärische Kontur des Raumnockens mit einem „Nullhubbereich" entsteht. Moderne Fertigungsmöglichkeiten, welche umformende und spanende Bearbeitungen umfassen, ermöglichen die Ausgestaltung beliebiger Geometrien der Raumnocke. Der übergang einer Nockenerhebung gegenüber einem Zylinder mit dem Radius des Grundkreises der Raumnocke stellt daher kein fertigungs- technisches Hindernis dar, sodass lediglich die Kinematik der Raumnocke hinsichtlich ihrer Wälzbewegung über der sphärischen Kontur angepasst werden muss.

Weitere, die Erfindung verbessernde Maßnahmen werden nachstehend ge- meinsam mit der Beschreibung eines bevorzugten Ausführungsbeispiels der Erfindung anhand der Figuren näher dargestellt.

Es zeigt:

Figur 1 eine schematische Ansicht eines erfindungsgemäßen Raumno- ckenventiltriebes für eine Brennkraftmaschine mit vier Zylindern;

Figur 2a eine schematische Seitenansicht einer Raumnockenkontur, welcher lediglich den ersten Schrägungswinkel aufweist (entspricht dem Stand der Technik);

Figur 2b eine schematische Seitenansicht einer Raumnockenkontur mit einem ersten und einem zweiten Schrägungswinkel, wobei der zweite Schrägungswinkel größer ist als der erste Schrägungswinkel;

Figur 3a eine Kurvenschar von Ventilhüben über dem Nockenwinkel, welche mit einem Nocken gemäß der Figur 2a erzeugbar ist; und

Figur 3b eine Kurvenschar von Ventilhüben über dem Nockenwinkel, wel- eher mit einem Raumnocken gemäß der Figur 2b erzielbar ist.

In Figur 1 ist ein erfindungsgemäßer Raumnockenventiltrieb 1 schematisch dargestellt. Dieser ist für einen Vier-Zylinder ausgelegt, so dass vier Raumnocken 2 auf der Nockenwelle 3 angeordnet sind. Die Nockenwelle 3 ist drehbar und axial beweglich in der Nockenwellenachse 4 gelagert und führt im Betrieb des Raumnockenventiltriebs 1 eine Rotationsbewegung aus. Die beiden äußeren Raumnocken sind aufgrund ihrer rotatorischen Position von ihrer Rückseite erkennbar, so dass die Ausbildung der Nockenkontur nicht ersichtlich ist. Die beiden mittleren Raumnocken 2 hingegen sind in einer Seitenansicht darge- stellt, in der die geometrische Ausbildung der Nockenkontur mit dem ersten Schrägungswinkel α1 und dem zweiten Schrägungswinkel α2 gezeigt sind. Die Darstellung der Schrägungswinkel α1 und σ2 ist lediglich schematisch wieder-

gegeben, wobei der Bereich der Nockenkontur mit dem ersten Schrägungswin- kel α1 den größeren Hub aufweist, so dass dieser Bereich in Kontakt mit den Abgriffsrollen 7 steht, wenn die Brennkraftmaschine in einen Betriebsbereich mit einer höheren Last betrieben wird. Durch eine axiale Verschiebung der No- ckenwelle 3 greifen die Abgriffsrollen 7 den Konturbereich der Raumnocken 2 ab, welcher benachbart zum ersten Schrägungswinkel α1 im zweiten Schrä- gungswinkel α2 angeordnet ist, was eine Abschalung der Ventile 6 bewirkt.

Die Hubbewegung in den Abgriffsrollen 7, welcher durch die rotierenden Raumnocken 2 erzeugt wird, wird auf einen Nockenfolger 5 übertragen, welcher als Kipphebel oder Schwenkhebel ausgebildet sein kann. Die Hubbewegung wird in eine Schwenk- oder Kippbewegung überführt, und erzeugt die Hübe in den Ventilen 6. Gemäß der schematischen Darstellung sind jedem Nockenfolger 5 zwei Ventile 6 zugeordnet, welche einen Parallelhub zueinan- der ausführen. Wird die Nockenwelle 3 in Bezug auf die Bildebene axial nach rechts verschoben, so gelangen die Abgriffsrollen 7 in Kontakt mit dem Bereich der Raumnocken 2, welcher den zweiten Schrägungswinkel α2 aufweist. Dabei kann der Hub, der in die Abgriffsrollen 7 eingebracht wird, so klein werden, dass dieser gegen Null läuft. Damit werden die Ventile 6 außer Betrieb gesetzt, wobei die Schrägungswinkel α1 und α2 individuell für jeden Raumnocken verschieden ausgebildet sein können. Damit ist eine zylinderindividuelle Ansteuerung der Brennkraftmaschine möglich, um diese in Abhängigkeit ihres Betriebspunktes mit allen Zylindern im Niedriglastbereich oder nur mit einzelnen Zylindern zu betreiben.

In den Figuren 2a und 2b sind Raumnocken 2 dargestellt, wobei der Raumnocken in Figur 2a lediglich den ersten Schrägungswinkel α1 und der Raumnocken gemäß der Darstellung in Figur 2b den ersten Schrägungswinkel α1 und den zweiten Schrägungswinkel α2 umfasst. Somit kann der Raumnocken in Figur 2a als konventioneller Raumnocken angesehen werden (Stand der Technik), wohingegen der Raumnocken in Figur 2b die erfindungsgemäße Ausgestaltung aufweist. Die Nockenwellenachse 4 ist schematisch mittels einer gestri-

chelten Linie dargestellt, um die der Raumnocken 2 rotiert. In Abhängigkeit der axialen Position entlang der Nockenwellenachse 4 können die Abgriffsrollen (siehe hierzu Figur 1 ) den Bereich des zweiten Schrägungswinkels α2 abgreifen, so dass der Raumnockenventiltrieb in der axialen Position der Raumnocke 2 deaktiviert wird. Angedeutet sind Ventilhübe von 30, 60 und 100%, wobei der Ventilhub von 100% dem Maximalhub entspricht. Durch den zweiten Schrä- gungswinkel α2 wird im niedrigen Lastbereich kein Hub im Nockenfolger erzeugt, so dass im Leerlauf der Brennkraftmaschine die Ventile und damit die Ladungswechsel der zugeordneten Zylinder abgeschaltet werden.

In Figur 3a ist die Kurvenschar mehrerer Ventilhübe dargestellt, welche über dem Rotationswinkel der Nockenwelle aufgetragen sind. Im Leerlauf beträgt der Ventilhub beispielsweise 3% des Maximalhubes, wobei eine Kurve für 30%, 60% und 100% aufgetragen ist. Der 3%-tige Ventilhub entspricht dem Leerlauf des Zylinders, was nicht der eigentlichen Abschaltung des Zylinders entspricht, sondern nur einem niedrigen Lastbereich entspricht.

Figur 3b zeigt eine Kurvenschar von vier Ventilhüben, wobei der Ventilhub gemäß des Leerlaufs nicht mehr sichtbar ist. Dieser verläuft entlang der Abzisse, da das Ventil durch die erfindungsgemäße Ausgestaltung der Raumnocke gemäß der Figur 2 abgeschaltet ist.

Die in der Figur 3a gezeigte Kurvenschar kann durch einen Raumnocken gemäß der Figur 2a hervorgerufen werden, wobei die Kurvenschar gemäß der Figur 3b durch einen erfindungsgemäßen Raumnocken 2 erzeugbar ist, welcher in der Figur 2b gezeigt ist.

Die Erfindung beschränkt sich in ihrer Ausführung nicht auf das vorstehend angegebene bevorzugte Ausführungsbeispiel. Vielmehr ist eine Anzahl von Varianten denkbar, welche von der dargestellten Lösung auch bei grundsätzlich anders gearteten Ausführungen Gebrauch macht.

Bezugszeichenliste

1 Raumnockenventiltπeb

2 Raumnocken

3 Nockenwelle

4 Nockenwellenachse

5 Nockenfolger

6 Ventil

7 Abgriffsrolle

α1 erster Schrägungswinkel α2 zweiter Schrägungswinkel