Ventiltrieb für Gaswechselventile einer Brennkraftmaschine mit doppelt abgestützten Nockenträgern

Die Erfindung betrifft einen Ventiltrieb für Gaswechselventile einer Brennkraftmaschine gemäß dem Oberbegriff der Ansprüche 1 und 12.

Zur Verbesserung der thermodynamischen Eigenschaften von Brennkraftmaschinen sind Ventiltriebe bekannt, bei denen das Arbeitsspiel beeinflusst werden kann, um beispielsweise eine drehzahlabhängige Veränderung der öffnungszeiten oder des Hubs der Gaswechselventile zu ermöglichen.

Aus der DE 10 2004 011 586 A1 der Anmelderin ist bereits ein Ventiltrieb der eingangs genannten Art bekannt, bei dem auf einer mit einer Außenverzahnung versehenen Grundnockenwelle mehrere Nockenträger mit einer komplementären Innenverzahnung drehfest und axial verschiebbar geführt sind. Zur Betätigung von zwei Gaswechselventilen eines Zylinders sind auf dem zugehörigen Nockenträger zwei im axialen Abstand voneinander angeordnete Nockenprofilgruppen vorgesehen, von denen jede zwei verschiedene Nockenprofile aufweist. Durch axiale Verschiebung der Nockenträger auf der Grundnockenwelle zwischen zwei definierten Verschiebestellungen lässt sich jeweils eines der beiden Nockenprofile jeder Nockenprofilgruppe mit einer Rolle eines Rollenschlepphebels des zugehörigen Gaswechselventils in Anlagekontakt bringen. Um die Nockenträger in den beiden Verschiebestellungen in definierten axialen Positionen zu fixieren, weist der bekannte Ventiltrieb Arretiervorrichtungen auf. Diese umfassen jeweils ein Andruckelement in Form einer Rastkugel, die in eine radiale Sacklochbohrung der Grundnockenwelle eingesetzt ist und durch die Kraft einer Schraubendruckfeder in der Bohrung radial auswärts gegen eine gegenüberliegende schräge Flanke einer Rastrille oder Rastnut angepresst wird. Die Rastkugeln wirken dadurch auf den zugehörigen Nockenträger mit einer radialen und einer axialen Kraftkomponente ein, von denen die letztere dazu dient, den Nockenträger gegen eine als Anschlag dienende Stirnfläche eines Lagerbocks zu drücken und ihn damit in einer definierten axialen Stellung zu fixieren.

Bei dem bekannten Ventiltrieb sind die Arretiervorrichtungen jeweils radial einwärts von einer Nockenprofilgruppe in der Nähe von einem der beiden Stirnenden jedes Nockenträgers angeordnet. In Verbindung mit dem zur Verschiebung des Nockenträgers erforderlichen radialen Spiel zwischen der Außenverzahnung der Grundnockenwelle und der

Innenverzahnung des Nockenträgers hat dies eine leichte Schiefstellung des Nockenträgers zur Folge. Dies wiederum führt bei jeder Ventilbetätigung zu einem akustisch hörbaren Geräusch, wenn am entgegengesetzten, nicht gegen die Grundnockenwelle ange- pressten Stimende des Nockenträgers dessen Innenverzahnung infolge eines Anlagewechsels in der Nähe des maximalen Ventilhubs gegen die Außenverzahnung der Grundnockenwelle anschlägt.

Eine weitere Ursache für die Entstehung von Geräuschen im Ventiltrieb besteht darin, dass zur Erleichterung der Herstellung der Grundnockenwelle sämtliche der zur Aufnahme der Schraubendruckfedern und der Arretierkugeln dienenden Sacklochbohrungen parallel zueinander ausgerichtet sind und an derselben Seite der Grundnockenwelle münden. Infolge der unterschiedlichen öffnungszeiten der Gaswechselventile benachbarter Zylinder und des dadurch erforderlichen Winkelversatzes der Hubkurven der Nocken auf benachbarten Nockenträgern führt dies jedoch dazu, dass die von den Arretierkugeln bzw. den Andruckelementen auf die Nockenträger ausgeübten radialen Kräfte in Bezug zu den Hubkurven der Nockenträger eine unterschiedliche Winkelausrichtung besitzen, welche ebenfalls die Ursache für Geräusche sein kann. Die parallele Ausrichtung sämtlicher Bohrungen hat darüber hinaus auch noch den Nachteil, dass die von den Schraubendruckfedern auf die Grundnockenwelle ausgeübten Reaktionskräfte sämtlich dieselbe Richtung besitzen, wodurch die Grundnockenwelle über die Nockenträger einseitig abgestützt und in dieser Richtung durchgebogen wird.

Ausgehend hiervon liegt der Erfindung die Aufgabe zugrunde, einer Geräuschentwicklung im Ventiltrieb entgegenzuwirken.

Diese Aufgabe wird gemäß einer ersten Erfindungsalternative dadurch gelöst, dass im axialen Abstand vom Andruckelement ein weiteres Andruckelement vorgesehen ist, das ebenfalls gegen einen gegenüberliegenden inneren Umfangsabschnitt des Nockenträgers angepresst wird, um dadurch ein zur Geräuschentstehung führendes Schlagen eines nicht abgestützten Teils des Nockenträgers beim Auflaufen eines Nockens auf den mit dem Nocken zusammenwirkenden Rollenschlepphebel des zugehörigen Gaswechselventils zu vermeiden.

Gemäß einer bevorzugten Ausgestaltung dieser Erfindungsvariante werden die beiden Andruckelemente jedes Nockenträgers mit nahezu gleichen Andruckkräften gegen den jeweils gegenüberliegenden inneren Umfangsabschnitt des Nockenträgers angepresst,

was am einfachsten durch Verwendung gleicher oder ähnlicher Federn erreicht werden kann.

Um eine Fluchtung der Längsachse des Nockenträgers mit der Drehachse der Grundnockenwellen zu gewährleisten und dadurch eine Schiefstellung des Nockenträgers zu vermeiden, werden die beiden Andruckelemente jedes Nockenträgers bevorzugt mit derselben Ausrichtung gegen den jeweils gegenüberliegenden inneren Umfangsabschnitt des Nockenträgers angepresst.

Die Ausrichtung der zur Aufnahme der Andruckelemente dienenden Ausnehmungen in der Grundnockenwelle in Bezug zu den Nocken der auf die Grundnockenwelle aufgeschobenen Nockenträger wird vorzugsweise so gewählt, dass Ausnehmungen auf derjenigen Seite der Grundnockenwelle münden, die zu den Nockenspitzen, d.h. den Scheiteln der Hubkurven der Nocken, etwa entgegengesetzt ist, so dass die Nockenträger auf der Seite der Nockenspitzen bzw. der Hubkurven der Nocken gegen die Grundnockenwelle angepresst werden.

Dort, wo die Nockenträger zwei Paare von Nocken tragen und die Nockenspitzen jedes Nockenpaars in Umfangsrichtung der Grundnockenwelle und der Nockenträger einen gewissen Winkelabstand voneinander aufweisen, wird die Ausrichtung der Ausnehmungen vorteilhaft so gewählt, dass die Längsachsen der zweckmäßig als Bohrungen ausgebildeten Ausnehmungen zwischen den im Winkelabstand voneinander angeordneten Nockenspitzen hindurch verlaufen.

Vorzugsweise befinden sich die beiden Andruckelemente jeweils in der Nähe der entgegengesetzten Stirnenden des Nockenträgers, d.h. auf entgegengesetzten Seiten einer axialen Mitte des Nockenträgers, wobei sie zweckmäßig beiderseits von einem mit einer Außenverzahnung versehenen Abschnitt der Grundnockenwelle angeordnet sind. Vorteilhaft liegt dabei dem Andruckelement der Arretiervorrichtung eine Rastvertiefung gegenüber, während dem weiteren Andruckelement eine an die Innenverzahnung angrenzende zylindrische Umfangsfläche des Nockenträgers gegenüberliegt.

Eine zweite Erfindungsalternative und bevorzugte Ausgestaltung der ersten Erfindungsalternative sieht vor, dass die Andruckelemente verschiedener Nockenträger in Umfangsrichtung der Grundnockenwelle so versetzt oder verdreht sind, dass alle Andruckelemente in Bezug zu den Hubkurven der Nocken dieselbe Ausrichtung besitzen. Dadurch wird zum einen gewährleistet, dass die Richtung des Kraftangriffs bei allen Nocken

bzw. Nockenträgern dieselbe ist, was einer Geräuschentwicklung entgegenwirkt. Bei einer Anzahl von n Nockenträgern auf der Grundnockenwelle beträgt der gegenseitige Winkelversatz der Andruckelemente benachbarter Nockenträger vorzugsweise 3607n oder 2 x 3607n. Dadurch stützt sich die Grundnockenwelle gleichmäßig in allen Richtungen über die Nockenträger in den Lagern ab und bleibt daher gerade.

Im folgenden wird die Erfindung anhand eines in der Zeichnung dargestellten Ausführungsbeispiels näher erläutert. Es zeigen:

Fig. 1 : eine teilweise geschnittene Seitenansicht eines Abschnitts einer Grundnockenwelle und eines auf der Grundnockenwelle verschiebbaren Nockenträgers eines erfindungsgemäßen Ventiltriebs für Gaswechselventile einer Brennkraftmaschine;

Fig. 2: eine Seitenansicht der gesamten Grundnockenwelle ohne Nockenträger, d.h. vor deren Montage auf der Grundnockenwelle;

Fig. 3a bis 3d: Querschnittsansichten der Grundnockenwelle entlang der Linien a-a, b-b, c-c bzw. d-d der Fig. 2 nach der Montage der Nockenträger auf der Grundnockenwelle und beim Zusammenwirken derselben mit Rollenschlepphebeln von Gaswechselventilen von vier in Reihe angeordneten Zylindern bei gleichem Ventilhub.

Bei dem in der Zeichnung nur teilweise dargestellten Ventiltrieb 1 für Paare von Einlassventilen 2 von vier Zylindern eines Reihenmotors lassen sich der Hub und die öffnungszeiten der beiden Einlassventile 2 jedes Zylinders verstellen.

Der Ventiltrieb 1 umfasst dazu eine drehbar gelagerte Grundnockenwelle 3 und vier drehfest und axial verschiebbar auf der Grundnockenwelle 3 montierte Nockenträger 4, von denen in Fig. 1 einer im Längsschnitt vergrößert dargestellt ist, sowie zwei Aktuato- ren 5 zum Verschieben jedes Nockenträgers 4 zwischen zwei definierten axialen Verschiebestellungen.

Die Nockenträger 4 weisen an ihrem äußeren Umfang jeweils zwei im axialen Abstand voneinander angeordnete Nockenpaare 6 auf, von denen jedes aus zwei Nocken 7, 8 besteht. Wie am besten in Fig. 1 und 3 dargestellt, wirkt jedes der beiden Nockenpaare 6 mit einer Rolle 9 eines schwenkbar gelagerten Rollenschlepphebels 10 des zugehörigen Einlassventils 2 zusammen. Durch eine axiale Verschiebung eines Nockenträgers 4 können die Rollen 9 nach Bedarf mit einem der beiden Nocken 7, 8 eines Nockenpaars 6

in Anlagekontakt gebracht werden, so dass sie sich während jeder Umdrehung der Grundnockenwelle 3 einmal über eine Hubkontur 11 des Nockens 7, 8 hinwegbewegen, wobei der Rollenschlepphebel 10 unter öffnen des Ventils 2 verschwenkt wird. Durch eine unterschiedliche Höhe, Form und/oder Position der Hubkonturen 11 der beiden Nocken 7, 8 können der Hub und die öffnungszeit jedes Ventils 2 in Abhängigkeit von der jeweiligen Verschiebestellung des Nockenträgers 4 aber unabhängig vom Hub und der öffnungszeit der Ventile 2 der anderen Zylinder zum Beispiel drehzahlabhängig verändert werden.

Zur Verschiebung der Nockenträger 4 wird jeweils einer der beiden Aktuatoren 5 betätigt, um einen Mitnehmerstift 12 des Aktuators 5 während einer Umdrehung des Nockenträgers 4 auszufahren und dabei in eine gegenüberliegende schraubenförmige Nut 13 am benachbarten Stimende des Nockenträgers 4 einzuspuren. Die Verschiebung des Nockenträgers 4 erfolgt immer dann, wenn Grundkreisabschnitte 14 der Nocken 7, 8 beider Nockenpaare 6 gegen die Rollen 9 der Schlepphebel 10 anliegen.

Um die röhrenförmigen Nockenträger 4 drehfest und axial verschiebbar auf der Grundnockenwelle 3 zu führen, ist diese letztere innerhalb von jedem Nockenträger 4 an ihrem äußeren Umfang abschnittsweise mit einer Außenverzahnung 15 versehen, die mit einer komplementären Innenverzahnung 16 am inneren Umfang des zugehörigen Nockenträgers 4 kämmt. Wie am besten in Fig. 2 dargestellt, sind zwischen benachbarten, mit einer Außenverzahnung 15 versehenen Abschnitten jeweils Abschnitte 17 mit einer zylindrischen Umfangsfläche vorgesehen, über welche die Außenverzahnung 15 übersteht.

Jeder Nockenträger 4 weist zwischen den beiden Nockenpaaren 5, 6 einen zylindrischen Abschnitt 18 auf, der in einem ortsfest im Zylinderkopfgehäuse montierten Gleitlager 19 gelagert ist, wie am besten in Fig. 1 dargestellt. Das Gleitlager 19 weist zwei entgegengesetzte Stirnflächen 20, 21 auf, die in den beiden Verschiebestellungen jeweils als Anschlag für eine gegenüberliegende Stirnfläche 22, 23 des an den Abschnitt 18 angrenzenden Nockens 8 bzw. 7 jedes Nockenpaars 6 dienen, um eine definierte axiale Position des Nockenträgers 4 einzustellen.

Um die Nockenträger 4 in ihren jeweiligen Verschiebestellungen gegen die entsprechende Stirnfläche 20 oder 21 des Gleitlagers 19 anliegend festzuhalten, ist an einem Stirnende jedes Nockenträgers 4 eine Arretiervorrichtung 24 vorgesehen. Die Arretiervorrichtung umfasst eine radiale Sacklochbohrung 25 in der Grundnockenwelle 3, in der eine Arretierkugel 26 radial beweglich geführt ist. Zwischen die Arretierkugel 26 und ei-

nem Boden der Sacklochbohrung 25 ist eine Schraubendruckfeder 27 eingesetzt, welche die Arretierkugel 26 radial nach außen gegen eine schräge Nutflanke 28 in einer von zwei in einem gegenüberliegenden inneren Umfangsabschnitt des Nockenträgers 4 ausgesparten Rastnuten 29 presst und dadurch den Nockenträger 4 gegen eine der Anschlagflächen 20, 21 drückt, wie dies in der eingangs genannten DE 10 2004 011 586 A1 der Anmelderin ausführlich beschrieben ist.

Um zu vermeiden, dass der Nockenträger 4 auf der Grundnockenwelle 3 eine leichte Schieflage einnimmt, ist am entgegengesetzten Stirnende des Nockenträgers 4 eine zur Sacklochbohrung 25 parallele Sacklochbohrung 30 angeordnet, in der ebenfalls eine radial bewegliche Kugel 31 durch die Kraft einer Schraubendruckfeder 32 radial nach außen gegen einen gegenüberliegenden inneren Umfangsabschnitt des Nockenträgers 4 angepresst wird. Anders als im Bereich der Arretiervorrichtung 24 weist jedoch der innere Umfangsabschnitt des Nockenträgers eine zylindrische Oberfläche 33 auf, in der keine Rastnuten 29 ausgespart sind.

Wie am besten in Fig. 1 und 2 dargestellt, münden die beiden Sacklochbohrungen 25, 30 im Inneren jedes Nockenträgers 4 an derselben Seite der Grundnockenwelle 3, während die beiden Schraubendruckfedern 28, 32 die gleiche Dimensionierung aufweisen, so dass die von ihnen auf die Kugeln 26, 31 ausgeübten Kräfte die gleiche Richtung und nahezu den gleichen Betrag besitzen.

Wie am besten in Fig. 2 dargestellt, sind jedoch die Paare von Sacklochbohrungen 25, 30 für die vier auf der Grundnockenwelle 3 montierten Nockenträger 4 so ausgerichtet, dass sie jeweils einen der Zündfolge entsprechenden Winkel, bei dem in der Zeichnung dargestellten Ausführungsbeispiel 90° bzw. 180°, mit den Sacklochbohrungen 25, 30 für den oder die benachbarten Nockenträger 4 einschließen, wobei dieser Winkel auch dem Winkelversatz entspricht, mit dem die benachbarten Nockenträger 4 zur Ansteuerung der Einlassventile 2 aufeinanderfolgender Zylinder der ι Zylinderreihe auf die Grundnockenwelle 3 aufgeschoben werden. Dadurch wird erreicht, dass die Kugeln 26, 31 bei sämtlichen Nockenträgern 4 in derselben Position in Bezug zu den Hubkurven 11 der Nocken 7, 8 angeordnet sind, wie in den Figuren 3a bis 3d dargestellt, so dass die Richtungen der von den Schraubendruckfedern 27, 32 über die Kugeln 26, 31 in die Nockenträger 4 eingeleiteten Kräfte bei sämtlichen Nockenträgern 4 in Bezug zu den Hubkurven 11 dieselbe Ausrichtung besitzen. Dadurch lässt sich beim Auflaufen der Hubkurven 11 auf die Rollen 9 der Rollenschlepphebel 10 die Entstehung von Geräuschen vermeiden.

Indem man jeweils eines der vier Paare von Sacklochbohrungen 25, 30 unter einem Winkel von 0°, 90°, 180° und 270° anordnet, wird zum anderen die Grundnockenwelle 3 über die vier Nockenträger 4 gleichmäßig in den die Nockenträger 4 umgebenden Gleitlagern 19 abgestützt, wodurch eine einseitige Durchbiegung vermieden wird.

Der Antrieb der Grundnockenwelle 3 erfolgt über ein in der Nähe von ihrem einen Stirnende angeordneten, drehfest mit der Grundnockenwelle 3 verbundenen Kettenrad 34 (Fig. 2) eines Kettentriebs (nicht dargestellt).

BEZUGSZEICHENLISTE

Ventiltrieb Einlassventil Grundnockenwelle Nockenträger Aktuator Nockenpaar Nocken Nocken Rolle Rollenschlepphebel Hubkurve Mitnehmerstift schraubenförmige Nut Grundkreisabschnitt Außenverzahnung Grundnockenwelle Innenverzahnung Nockenträger zylindrische Abschnitte Grundnockenwelle zylindrische Mittelabschnitte Nockenträger Gleitlager Stirnfläche Gleitlager Stirnfläche Gleitlager Stirnfläche Nocken Stirnfläche Nocken Arretiervorrichtung Sacklochbohrung Arretierkugel Schraubendruckfeder Nutflanke Nuten Sacklochbohrung Kugel Schraubendruckfeder zylindrische Oberfläche Zahnscheibe