Ventiltriebvorrichtung, insbesondere für eine Brennkraftmaschine

Die Erfindung betrifft eine Ventiltriebvorrichtung und eine Brennkraftmaschine mit einer Ventiltriebvorrichtung.

Aus der DE 10 201 1 050 484 ist eine Ventiltriebvorrichtung für eine Brennkraftmaschine, mit zumindest einer Nockenwelle, die zumindest ein Nockenelement mit zumindest einem mehrspurigen Nocken aufweist, das dazu vorgesehen ist, um einen maximalen

Verschiebeweg axial verschoben zu werden, bekannt. Die Ventiltriebvorrichtung weist einen Rastmechanismus auf, der dazu vorgesehen ist, eine Umschaltung auf eine mittlere Nockenspur zu arretieren, die jedoch bei hohen Drehzahlen durch das

Nockenelement entrastet wird, so dass das Nockenelement die gewünschte

Axialverschiebung überschießt.

Der Erfindung liegt insbesondere die Aufgabe zugrunde, eine Ventiltriebvorrichtung bereitzustellen, mit der bei hohen Drehzahlen der Nockenwelle eine sichere Umschaltung zwischen Ventilhüben erreicht werden kann. Sie wird durch eine erfindungsgemäße Ausgestaltung entsprechend dem Anspruch 1 gelöst. Weiterbildungen der Erfindung ergeben sich aus den abhängigen Ansprüchen.

Die Erfindung geht aus von einer Ventiltriebvorrichtung, insbesondere für eine

Brennkraftmaschine, mit zumindest einer Nockenwelle, die zumindest ein Nockenelement mit zumindest einem mehrspurigen Nocken aufweist, das dazu vorgesehen ist, um einen maximalen Verschiebeweg axial verschoben zu werden.

Es wird vorgeschlagen, dass die Ventiltriebvorrichtung einen Begrenzungsmechanismus umfasst, der dazu vorgesehen ist, in zumindest einem Betriebszustand den

Verschiebeweg des Nockenelements auf einen Schaltweg für einen Schaltvorgang zu begrenzen. Dadurch kann eine axiale Verschiebung des Nockenelements sicher begrenzt werden und ein Überschießen einer gewünschten axialen Verschiebung vermieden werden. Es kann somit auch bei hohen Drehzahlen der Nockenwelle eine sichere Umschaltung zwischen Ventilhüben erreicht werden. Unter einem„mehrspurigen

Nockenelement" soll in diesem Zusammenhang ein Nockenelement mit zumindest zwei Teilnocken verstanden werden, die jeweils eine Nockenspur zur Betätigung eines Gaswechselventils ausbilden, wobei die Teilnocken unterschiedliche Ventilhübe und/oder Ventilsteuerzeiten bereitstellen. Unter einem„maximalen Verschiebeweg" soll in diesem Zusammenhang ein Verschiebeweg des Nockenelements verstanden werden, bei dem das Nockenelement von einer Axialstellung, in der eine äußerste Nockenspur zur Betätigung des Gaswechselventils vorgesehen ist, in eine Axialstellung, in der eine gegenüberliegende äußerste Nockenspur zur Betätigung des Gaswechselventils vorgesehen ist, verschoben wird. Unter einem„Schaltweg für einen Schaltvorgang" soll in diesem Zusammenhang eine axiale Verschiebung des Nockenelements verstanden werden, mit der das Nockenelement von einer Axialstellung, in der eine Nockenspur zur Betätigung des Gaswechselventils vorgesehen ist, in eine Axialstellung verschoben wird, in der eine direkt benachbarte Nockenspur zur Betätigung des Gaswechselventils vorgesehen ist. Insbesondere ist der Schaltweg für einen Schaltvorgang maximal gleich groß wie der maximale Verschiebeweg und, wenn ein Nocken des Nockenelements zumindest drei Nockenspuren aufweist, geringer als der maximale Verschiebeweg. Eine Länge des Schaltwegs für einen Schaltvorgang entspricht insbesondere einer Länge des maximalen Verschiebewegs, geteilt durch eine Zahl, die um Eins geringer ist als eine Anzahl der Nockenspuren.

Des Weiteren wird vorgeschlagen, dass die Ventiltriebvorrichtung ein mit dem

Nockenelement zumindest verbundenes Formschlusselement umfasst, das für eine formschlüssige Verbindung mit dem Begrenzungsmechanismus vorgesehen ist. Dadurch kann eine einfache Konstruktion der Ventiltriebvorrichtung erreicht werden.

Ferner wird vorgeschlagen, dass der Begrenzungsmechanismus ein Anschlagselement mit zwei einander gegenüberliegenden Anschlagsflächen für das Formschlusselement aufweist. Dadurch kann das Anschlagselement für eine Begrenzung des Verschiebewegs auf einen Schaltweg in eine Axialrichtung und in eine gegenüberliegende Axialrichtung genutzt werden. Es kann eine einfache Konstruktion der Ventiltriebvorrichtung erreicht werden.

Weiterhin wird vorgeschlagen, dass die Anschlagsflächen einen Abstand zueinander aufweisen, der eine Verschiebung auf den Wert des Abstands benachbarter Nockenspuren begrenzt. Dadurch kann auf konstruktiv einfache Weise eine Begrenzung des Verschiebewegs auf einen Schaltweg für eine Umschaltung zwischen benachbarten Nockenspuren begrenzt werden.

Des Weiteren wird vorgeschlagen, dass der Begrenzungsmechanismus einen Hilfsaktor zur Verschiebung des Anschlagselements umfasst. Dadurch kann ein Schaltelement für eine Begrenzung des Verschiebewegs auf einen Schaltweg für eine Umschaltung benachbarter Nockenspuren bei mehr als zwei Nockenspuren eines mehrspurigen Nockens genutzt werden.

Weiterhin wird vorgeschlagen, dass die Ventiltriebvorrichtung einen Schaltaktor zur axialen Verschiebung des zumindest einen Nockenelements aufweist, der zumindest ein Schaltelement, das in einer permanenten Wirkverbindung mit dem Nockenelement steht, und einen Antrieb zur axialen Verschiebung des Schaltelements umfasst, der dazu vorgesehen ist, von dem Schaltelement entkoppelt zu werden. Dadurch kann nach Abschluss des Schaltvorgangs, wenn der Begrenzungsmechanismus eine weitere Verschiebung des Nockenelements blockiert, der Antrieb von dem Schaltelement entkoppelt und somit auf eine genaue Ansteuerung des Antriebs, um die Verschiebung des Nockenelements auf den Schaltweg zu begrenzen, verzichtet werden.

Ferner wird vorgeschlagen, dass das Schaltelement in einer permanenten

Wirkverbindung mit dem Formschlusselement steht. Dadurch kann auf eine Verwendung eines zusätzlichen Bauteils zum Eingriff mit dem Schaltelement verzichtet werden und eine Konstruktion der Ventiltriebvorrichtung vereinfacht werden.

Des Weiteren wird vorgeschlagen, dass der Schaltaktor eine Rutschkupplung umfasst, die dazu vorgesehen ist, das Schaltelement und den Antrieb voneinander zu entkoppeln. Dadurch kann eine konstruktiv einfache Ausgestaltung für die Entkopplung des

Schaltelements zu dem Antrieb erreicht werden.

Weiterhin wird vorgeschlagen, dass die Ventiltriebvorrichtung eine Spindel zur

Übertragung einer Antriebskraft von dem Antrieb auf das Schaltelement umfasst, die über die Rutschkupplung mit dem Antrieb verbunden ist. Dadurch kann eine konstruktiv einfache Ausgestaltung für die Entkopplung des Schaltelements zu dem Antrieb erreicht werden. Des Weiteren wird vorgeschlagen, dass der zumindest eine mehrspurige Nocken zumindest drei Nockenspuren aufweist. Dadurch kann der Begrenzungsmechanismus mit besonderem Gewinn für eine sichere Umschaltung zwischen benachbarten

Nockenspuren genutzt werden.

Ferner betrifft die Erfindung eine Brennkraftmaschine mit einer erfindungsgemäßen Ventiltriebvorrichtung. Dadurch kann eine axiale Verschiebung des Nockenelements sicher begrenzt werden und ein Überschießen einer gewünschten axialen Verschiebung vermieden werden. Es kann somit auch bei hohen Drehzahlen der Nockenwelle eine sichere Umschaltung zwischen Ventilhüben erreicht werden.

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 schematische Darstellung einer Ventiltriebvorrichtung für eine

Brennkraftmaschine, mit einer Nockenwelle, die ein Nockenelement mit zwei mehrspurigen Nocken aufweist, das dazu vorgesehen ist, um einen maximalen Verschiebeweg axial verschoben zu werden, und mit einem

Begrenzungsmechanismus, der dazu vorgesehen ist, in zumindest einem Betriebszustand den Verschiebeweg des Nockenelements auf einen Schaltweg für einen Schaltvorgang zu begrenzen, in einer ersten Axialstellung des Nockenelements, in der eine äußerste Nockenspur zur Betätigung eines Gaswechselventils vorgesehen ist,

Fig. 2 die Ventiltriebvorrichtung in einer zweiten Axialstellung des

Nockenelements, in der eine mittlere Nockenspur zur Betätigung eines

Gaswechselventils vorgesehen ist, und

Fig. 3 die Ventiltriebvorrichtung in der zweiten Axialstellung des Nockenelements, in der eine mittlere Nockenspur zur Betätigung eines Gaswechselventils vorgesehen ist, wobei der Begrenzungsmechanismus in Axialrichtung verschoben ist. Die Figuren 1 bis 3 zeigen einen Ausschnitt einer Brennkraftmaschine mit einer

Ventiltriebvorrichtung 10, mit einer Nockenwelle 1 1 , die ein axial verschiebbares

Nockenelement 13 aufweist, das zwei mehrspurige Nocken 14, 18 aufweist, und ein axial verschiebbares Formschlusselement 22, das mit dem Nockenelement 13 verbunden ist. Das Formschlusselement 22 erstreckt sich entlang eines gesamten Umfangs der Nockenwelle 11 und bildet eine umlaufende Angriffskontur aus. An der Angriffskontur des Formschlusselements 22 greifen bei einem Verschiebevorgang zu einer axialen

Verschiebung des Nockenelements 13 Schaltkräfte an und verschieben das

Formschlusselement 22 axial auf der Nockenwelle 1 1. Durch eine Verbindung des Formschlusselements 22 mit dem Nockenelement 13 wird das Nockenelement 13 axial verschoben. In dem gezeigten Ausführungsbeispiel ist das Formschlusselement 22 einstückig mit dem Nockenelement 13 ausgeführt. In einer alternativen Ausgestaltung kann das Formschlusselement 22 getrennt von, aber mit dem Nockenelement 13 verbunden ausgeführt sein und bei einer axialen Verschiebung das Nockenelement 13 mittelbar durch die Verbindung mit dem Nockenelement 13 verschieben. Das

Formschlusselement 22 ist als umlaufende Rippe ausgeführt.

Die Nockenwelle 11 umfasst eine Triebwelle 12, auf der das Nockenelement 13 angeordnet ist. Die Triebwelle 2 weist an ihrem Außenumfang eine Geradverzahnung auf. Das Nockenelement 13 weist an seinem Innenumfang eine korrespondierende Geradverzahnung auf, die in die Geradverzahnung der Triebwelle 12 eingreift. Das Nockenelement 13 ist auf der Triebwelle 12 drehfest, aber in beide Axialrichtungen verschiebbar, gelagert. Die Triebwelle 12 umfasst eine Kurbelwellenanbindung zur Anbindung an eine nicht näher dargestellte Kurbelwelle. In alternativen Ausgestaltungen kann auf die Triebwelle 12 verzichtet werden, beispielsweise indem die Nockenwelle 11 aus mehreren Nockenelementen 13 zusammengesetzt ist, die an ihren Rändern ineinandergreifen.

Die Ventiltriebvorrichtung 10 umfasst einen Schaltaktor 23 zur axialen Verschiebung des Nockenelements 13. Die zwei mehrspurigen Nocken 14, 18 umfassen jeweils drei Teilnocken 15, 16, 17, 19, 20, 21 mit unterschiedlichen Nockenspuren, die

unterschiedliche Ventilhubkurven ausbilden. Jeweils ein Teilnocken 15, 16, 17, 19, 20, 21 der Nocken 14, 18 ist mit jeweils einem nicht näher dargestellten Nockenfolger zur Betätigung eines Gaswechselventils der Brennkraftmaschine in Kontakt. Der Schaltaktor 23 verschiebt das Nockenelement 13 axial, um zwischen den unterschiedlichen

Teilnocken 15, 16, 17 des Nockens 14 und den Teilnocken 19, 20, 21 des Nockens 18 umzuschalten, die mit dem Nockenfolger in Kontakt sind. Die Ventiltriebvorrichtung 10 weist eine permanente Wirkverbindung zwischen dem Schaltaktor 23 und dem

Formschlusselement 22 auf. Über die permanente Wirkverbindung wird die Schaltkraft zur axialen Verschiebung des Nockenelements 13 übertragen. Die permanente

Wirkverbindung bleibt während eines gesamten Betriebs der Ventiltriebvorrichtung 10 und über eine komplette Umdrehung der Nockenwelle 11 bestehen. Das Nockenelement 13 ist dazu vorgesehen, um einen maximalen Verschiebeweg axial verschoben zu werden. Der maximale Verschiebeweg entspricht einem Weg, um den das Nockenelement 13 axial verschoben werden muss, um von einer Nockenspur eines äußersten Teilnockens 15, 19 auf eine Nockenspur eines äußersten Teilnockens 17, 21 umzuschalten.

Der Schaltaktor 23 ist an einem schematisch dargestellten Nockenwellengehäuse 28 angeordnet und dort befestigt. Der Schaltaktor 23 umfasst ein Gehäuse, das fest mit dem Nockenwellengehäuse 28 verbunden ist, sowie ein axial verschiebbares Schaltelement 26. Der Schaltaktor 23 umfasst in dem dargestellten Ausführungsbeispiel weiter eine drehbare Spindel 24 und einen die Spindel 24 antreibenden, als Elektromotor

ausgeführten Antrieb 25. Das Schaltelement 26 ist an der Spindel 24 angeordnet. Die Spindel 24 ist zur Übertragung einer Antriebskraft von dem Antrieb 25 auf das

Schaltelement 26 vorgesehen. Durch eine Drehung der Spindel 24 durch den Antrieb 25 wird das Schaltelement 26 axial verschoben. In alternativen Ausgestaltungen kann der Antrieb 25 statt als Elektromotor beispielsweise als ein Hydraulikmotor oder eine andere Antriebsmaschine verwendet werden. Anstelle einer Spindel 24 kann als Träger des Schaltelements 26 beispielsweise eine Laufschiene oder eine Seilvorrichtung verwendet werden.

Das Formschlusselement 22 bildet eine Schnittstelle zur Aufbringung der in axialer Richtung wirkenden Schaltkraft auf das Nockenelement 13 aus. Die in axialer Richtung wirkende Schaltkraft wird lediglich von dem Schaltaktor 23 aufgebracht und ist

unabhängig von einer Drehbewegung der Nockenwelle 11. Ein Verlauf einer axialen Verschiebebewegung wird allein von dem Schaltaktor 23 über den Antrieb 25, der die Spindel 24 antreibt und damit das Schaltelement 26 verschiebt, bestimmt. Das

Schaltelement 26 weist eine Eingriffsnut 27 auf, die zum Eingriff mit dem

Formschlusselement 22 vorgesehen ist. Das Formschlusselement 22 ist als umlaufende Rippe ausgeführt. In alternativen Ausgestaltungen kann das Formschlusselement 22 als Nut und das Schaltelement 26 als Rippe oder Stift ausgeführt sein.

Die permanente Wirkverbindung zwischen dem Schaltaktor 23 und dem

Formschlusselement 22 kann eine von einem Drehwinkel der Nockenwelle 1 1 abhängige Wirkfläche aufweisen, die in einem Drehwinkelbereich an zu übertragende Schaltkräfte in dem Drehwinkelbereich angepasst ist. Die von dem Drehwinkel der Nockenwelle 11 abhängige Wirkfläche kann beispielsweise durch unterschiedliche Radialerstreckungen des Formschlusselements 22 in den Drehwinkelbereichen, in denen unterschiedliche Schaltkräfte auftreten, erreicht werden.

Die Ventiltriebvorrichtung 10 umfasst einen Begrenzungsmechanismus 30, der dazu vorgesehen ist, in zumindest einem Betriebszustand den Verschiebeweg des

Nockenelements 13 auf einen Schaltweg für einen Schaltvorgang zu begrenzen. Der Schaltweg für einen Schaltvorgang entspricht einem Verschiebeweg des Nockenelements 13, bei dem von einer Nockenspur eines Teilnockens 15, 16, 17, 19, 20, 21 auf eine Nockenspur eines benachbarten Teilnockens 15, 16, 17, 19, 20, 21 umgeschaltet wird. Der Begrenzungsmechanismus 30 ist dazu vorgesehen, den Verschiebeweg zu begrenzen, um ein Überschießen der einzustellenden Axialposition bei hohen Drehzahlen zu vermeiden.

Die Ventiltriebvorrichtung 10 umfasst ein mit dem Nockenelement 13 verbundenes Formschlusselement 29, das für eine formschlüssige Verbindung mit dem

Begrenzungsmechanismus 30 vorgesehen ist. Das Formschlusselement 29 ist einstückig mit dem Formschlusselement 22 ausgeführt, das sich in einer permanenten

Wirkverbindung mit dem Schaltelement 26 des Schaltaktors 23 befindet. In alternativen Ausgestaltungen kann das Formschlusselement 29 getrennt von dem

Formschlusselement 22 ausgeführt sein, das sich in einer permanenten Wirkverbindung mit dem Schaltelement 26 des Schaltaktors 23 befindet. Die formschlüssige Verbindung des Formschlusselements 29 mit dem Begrenzungsmechanismus 30 ist dazu

vorgesehen, die axiale Verschiebung des Nockenelements 13 nach Abschluss der Schaltbewegung zu blockieren und somit den Verschiebeweg auf den Schaltweg zu begrenzen.

Der Begrenzungsmechanismus 30 weist ein Anschlagselement 31 mit zwei einander gegenüberliegenden Anschlagsflächen 32, 33 für das Formschlusselement 29 auf. Durch die zwei einander gegenüberliegenden Anschlagsflächen 32, 33 begrenzt der

Begrenzungsmechanismus 30 den Verschiebeweg bei einer Umschaltung zwischen Nockenspuren in zwei einander entgegengerichtete Axialrichtungen, beispielsweise bei einer ersten Umschaltung und bei einer zweiten Umschaltung, die eine Axialposition des Nockenelements 13 vor der ersten Umschaltung wiederherstellt. In alternativen

Ausgestaltungen ist es vorstellbar, dass das Anschlagselement 31 zwei voneinander abgewandte Anschlagsflächen 32, 33 für das Formschlusselement 29 aufweisen und für eine Begrenzung des Verschiebewegs in entgegengerichtete Axialrichtungen vor

Durchführung der Verschiebung in eine Blockierposition verschoben wird.

Die Anschlagsflächen 32, 33 weisen einen Abstand 34 zueinander auf, der eine

Verschiebung auf den Wert des Abstands benachbarter Nockenspuren begrenzt. Der Begrenzungsmechanismus 30 begrenzt daher den Verschiebeweg des Nockenelements 13 auf einen Schaltweg für einen Schaltvorgang, der einem Abstand benachbarter Nockenspuren entspricht. Der Abstand 34 der Anschlagsflächen 32, 33 ist konstant. In alternativen Ausgestaltungen ist es vorstellbar, dass das Anschlagselement 31 so ausgeführt ist, dass der Abstand 34 der Anschlagsflächen 32, 33 zueinander verändert werden kann, beispielsweise um wahlweise eine Umschaltung um ein oder um zwei Nockenspurenbreiten in einem Schaltvorgang zu ermöglichen.

Der Begrenzungsmechanismus 30 umfasst einen Hilfsaktor 35 zur Verschiebung des Anschlagselements 31. Der Hilfsaktor 35 ist dazu vorgesehen, das Anschlagselement 31 um einen Abstand benachbarter Nockenspuren zu verschieben. Eine Umschaltung von einer Nockenspur des äußersten der Teilnocken 15, 19 auf eine Nockenspur eines jeweils anderen äußersten Teilnockens 17, 21 erfolgt durch eine Verschiebung des Nockenelements 13, bei der auf die Nockenspur des mittleren Teilnockens 16, 20 umgeschaltet wird und wobei der Verschiebeweg durch das Anschlagselement 31 des Begrenzungsmechanismus 30 auf den hierzu erforderlichen Schaltweg begrenzt wird (vgl. Fig. 1 und Fig. 2), eine anschließende Verschiebung des Anschlagselements 31 um einen Abstand benachbarter Nockenspuren und eine anschließende Verschiebung des

Nockenelements 13 um einen weiteren Abstand benachbarter Nockenspuren, wobei der Verschiebeweg durch das Anschlagselement 31 des Begrenzungsmechanismus 30 auf den hierzu erforderlichen Schaltweg begrenzt wird (vgl. Fig. 3). Der Hilfsaktor 35 verschiebt das Anschlagselement 31 zwischen einer ersten Schaltstellung, in der von einer Nockenspur eines äußersten der Teilnocken 15, 19 auf eine Nockenspur des mittleren Teilnockens 16, 20 und umgekehrt umgeschaltet werden kann, und einer zweiten Schaltstellung, in der von einer Nockenspur des mittleren Teilnockens 16, 20 auf eine Nockenspur des anderen äußersten Teilnockens 17, 21 und umgekehrt

umgeschaltet werden kann.

Der Antrieb 25 zur axialen Verschiebung des Schaltelements 26 ist dazu vorgesehen, von dem Schaltelement 26 entkoppelt zu werden. Eine Entkopplung wird vorgenommen, wenn das Anschlagselement 31 des Begrenzungsmechanismus 30 einen Formschluss mit dem Formschlusselement 29 eingeht. Der Antrieb 25 muss somit nicht passgenau bei dem Formschluss des Anschlagselements 31 mit dem Formschlusselement 29 abgestellt werden.

Der Schaltaktor 23 umfasst eine Rutschkupplung 36, die dazu vorgesehen ist, das Schaltelement 26 und den Antrieb 25 voneinander zu entkoppeln. Über die

Rutschkupplung 36 ist die Spindel 24 mit dem Antrieb 25 verbunden. Die Rutschkupplung 36 löst automatisch bei Erreichen eines Formschlusses des Formschlusselements 29, das einstückig mit dem Formschlusselement 22 zum Eingriff mit dem Schaltelement 26 ausgeführt ist, aus und entkoppelt das Schaltelement 26 und den Antrieb 25 voneinander.

Daimler AG

Bezugszeichenliste

10 Ventiltriebvorrichtung

1 1 Nockenwelle

12 Triebwelle

13 Nockenelement

14 Nocken

15 Teilnocken

16 Teilnocken

17 Teilnocken

18 Nocken

19 Teilnocken

20 Teilnocken

21 Teilnocken

22 Formschlusselement

23 Schaltaktor

24 Spindel

25 Antrieb

26 Schaltelement

27 Eingriffsnut

28 Nockenwellengehäuse

29 Formschlusselement

30 Begrenzungsmechanismus

31 Anschlagselement

32 Anschlagsfläche

33 Anschlagsfläche

34 Abstand

35 Hilfsaktor

36 Rutschkupplung