Nockentrieb

Die Erfindung betrifft einen Nockentrieb mit einer Nockenwelle und darauf angeordneten Nocken sowie zumindest einen, einen Nockenfolger aufweisenden Kipphebel gemäß dem Oberbegriff des Anspruchs 1.

Um den Energieverbrauch von Kraftfahrzeugen weiter reduzieren zu können, können insbesondere bei Verbrennungsmotoren mit einer größeren Zylinderanzahl, einzelne oder mehrere Zylinder bei einem Teillastbetrieb des Kraftfahrzeuges abgeschaltet oder zumindest energiereduziert betrieben werden. Dabei sind Einrichtungen zum Beeinflussen einer Ventilsteuerung, insbesondere zum Abschalten einzelner Zylinder, aus einer großen Anzahl von Veröffentlichungen bekannt, wovon nachfolgend die nächstliegenden kurz erläutert sind.

Aus der US 5,529,033 ist eine Einrichtung für einen Nockentrieb mit einer Nockenwelle und darauf angeordneten Nocken bekannt, mit Hilfe welcher ein Ventilhub zumindest eines Gaswechselventils verändert werden kann. Der Nockentrieb besitzt dabei zumindest einen, einen Nockenfolger aufweisenden Kipphebel, der über seinen ersten Arm mit einem stößelartigen Widerlager und über seinen zweiten Arm mit dem wenigstens einen Gaswechselventil des zugehörigen Zylinders wir- kungsverbunden ist. Der Kipphebel weist einen inneren und einen äußeren Kipphebel auf, der über ein Langloch gelagert

ist, so dass der innere Kipphebel relativ zum äußeren Kipphebel axial verschoben werden kann, was zu einem Verändern des Ventilhubs führt. Ausgelöst wird eine derartige axiale Verschiebung des äußeren Kipphebels relativ zum inneren Kipphebel durch ein Elektromagnet.

Aus der US 5,682,848 ist eine weitere Einrichtung zum Verändern eines Hubes eines Gaswechselventils eines Verbrennungsmotors bekannt, welche neben einer elektromagnetischen Feder zumindest einen weiteren Hebel, insbesondere einen axial te- leskopierbaren Aktuatorarm aufweist. Gleichzeitig wird auch eine Kontrolleinheit zur Steuerung der Einrichtung benötigt, wobei alle voran genannten Komponenten mit Ausnahme der Kontrolleinheit im Bereich des Zylinderkopfes untergebracht sind und daher einen nicht zu unterschätzenden Bauraumbedarf aufweisen. Darüber hinaus ist die bekannte Einrichtung relativ aufwändig und dadurch kostspielig.

Weitere Einrichtungen zum Verändern eines Hubes von Gaswechselventilen bei Verbrennungsmotoren sind beispielsweise aus der US 4,151,817, aus der US 5,655,487, aus der US 6,460,495 Bl, aus der US 6,752,107 B2 und der US 6,655,331 B2 bekannt.

Die Erfindung beschäftigt sich mit dem Problem, für einen Nockentrieb der gattungsgemäßen Art eine verbesserte Ausführungsform anzugeben, welche sich insbesondere durch eine konstruktiv einfache Bauweise sowie eine Anordnung der Einrichtung zur Veränderung des Hubes eines Gaswechselventils an unbewegten Teilen auszeichnet.

Dieses Problem wird durch den Gegenstand des unabhängigen Anspruches 1 gelöst.

Vorteilhafte Ausführungsformen sind Gegenstand der abhängigen Ansprüche.

Die Erfindung beruht auf dem allgemeinen Gedanken, bei einem Nockentrieb mit einer Nockenwelle und darauf angeordneten Nocken sowie zumindest einem, einen Nockenfolger aufweisenden Kipphebel, der einerseits mit einem stößelartigen Widerlager und andererseits mit wenigstens einem Gaswechselventil eines zugehörigen Zylinders wirkungsverbunden ist, eine Einrichtung zum Verändern des Hubes des wenigstens einen Gaswechselventils in der Art eines drehbaren Betätigungselementes auszubilden, wobei das Betätigungselement zumindest zwischen zwei Stellungen, vorzugsweise zwischen zwei Endstellungen, um eine Achse des stößelartigen Widerlagers drehbar gelagert ist und wobei ein Ventilhub in einer ersten Stellung des Betätigungselementes kleiner oder größer ist als im Vergleich zu einer zweiten Stellung des Betätigungselementes. Bei zwei Endstellungen befindet sich der Kipphebel gegenüber dem stößelartigen Widerlager in einer Endstellung in einem eingekuppeltem Zustand und in der anderen Endstellung in einem ausgekuppelten Zustand. Denkbar ist hierbei, dass das Betätigungselement lediglich zwischen den beiden Endstellungen verdrehbar gelagert ist, wobei es in einer ersten Endstellung einen normalen, insbesondere maximalen, Ventilhub des Gaswechselventils erzeugt, während es in seiner

zweiten Endstellung einen reduzierten oder gar keinen Ventilhub erzeugt, wobei letzteres mit einer Zylinderabschaltung gleichzusetzen ist. Denkbar sind hierbei selbstverständlich auch unterschiedliche Zwischenstellungen zwischen den beiden Endstellungen, wodurch eine besonders genaue Steuerung des Ventilhubes ermöglicht wird. Ein derartiges drehbares Betätigungselement ist konstruktiv einfach herzustellen und dadurch kostengünstig.

Zweckmäßig ist die Einrichtung zwischen dem ersten Arm des Kipphebels und dem stößelartigen Widerlager angeordnet. Dies bietet den Vorteil, dass für die Anordnung der erfindungsgemäßen Einrichtung nahezu kein zusätzlicher Bauraumbedarf entsteht, so dass die Einrichtung auch bei beengten Platzverhältnissen, welche oftmals im Bereich von Zylinderköpfen anzutreffen sind, angewendet werden können. Eine Betätigungseinrichtung zur Betätigung des Betätigungselementes kann beispielsweise in der Form eines Stellantriebes im Bereich des Zylinderkopfes angeordnet werden und wahlweise für ein oder mehrere Betätigungselement genutzt werden. Denkbar ist hierbei insbesondere, dass jedem Betätigungselement eine separate Betätigungseinrichtung zugeordnet ist oder aber mehrere Betätigungselemente von einer gemeinsamen Betätigungseinrichtung betätigt werden.

Bei einer weiteren vorteilhaften Ausführungsform der erfindungsgemäßen Lösung ist der Kipphebel zweiteilig ausgebildet und weist einen äußeren und einen inneren Kipphebel auf, wobei sich das Betätigungselement in einer ersten Stellung am

äußeren Kipphebel abstützt, so dass dieser mit einem ersten Nocken der Nockenwelle in Kontakt steht und eine oszillierende Kippbewegung ausführen kann, die ein Betätigen des Gaswechselventils des zugehörigen Zylinders bewirkt. Demgegenüber ist das Betätigungselement in einer zweiten Stellung, beispielsweise in einer zweiten Endstellung, gegenüber dem äußeren Kipphebel verlagert und stützt sich dabei ausschließlich am inneren Kipphebel ab, so dass der innere Kipphebel mit einem zweiten Nocken der Nockenwelle in Kontakt steht und eine oszillierende Kippbewegung ausführen kann, die ein im Vergleich zur ersten Stellung verändertes Betätigen des zugehörigen Gaswechselventils bewirkt. Bei dieser Ausführungsform ist es somit möglich, je nach Ausführungsform der beiden Nocken Einfluss auf den Ventilhub des zugehörigen Gaswechselventils zu nehmen. Dabei ist sowohl eine Zylinderabschaltung, also kein Ventilhub vorstellbar oder aber eine sogenannte „Zylinderumschaltung", wobei hier der zweite Nocken eine andere Form als der erste Nocken aufweist und einen im Vergleich zur ersten Stellung des Betätigungselementes veränderten Ventilhub, insbesondere reduzierten, erzeugt. Je nach Ausgestaltung des inneren bzw. äußeren Kipphebels sowie der beiden zugehörigen Nocken auf der Nockenwelle gelingt dadurch eine besonders exakte und fein abgestimmte Steuerung des Ventilhubes, wobei ein besonders e- nergiesparendes Betreiben des Verbrennungsmotors und dadurch eine Reduzierung der Energiekosten erreicht werden können.

Vorteilhafte, nachstehend näher erläuterte Ausführungsbeispiele sind in den Zeichnungen dargestellt.

Dabei zeigen, jeweils schematisch und in perspektivischer Ansicht

Fig. 1 eine Explosionsdarstellung einer ersten Ausführungsform einer Einrichtung zum Verändern eines Ventilhubes,

Fig. 2a eine Einrichtung gemäß Fig. 1 bei einer ZylinderabSchaltung,

Fig. 2b eine Darstellung wie in Fig. 2a, jedoch bei verändertem Ventilhub,

Fig. 3 eine Explosionszeichnung einer Einrichtung zum Verändern eines Ventilhubes mit einem anderen Aufbau,

Fig. 4a eine Einrichtung wie in Fig. 3 mit einem sich in einer ersten Endstellung befindlichen Betätigungselement,

Fig. 4b eine Darstellung wie in Fig. 4a, jedoch mit einem sich in einer zweiten Endstellung befindlichen Betätigungselement und damit verändertem Ventilhub,

Fig. 5 eine Explosionszeichnung einer weiteren Ausführungsform einer Einrichtung zum Verändern des Ventilhubes,

Fig. 6a eine Einrichtung gemäß der Fig. 5 mit einem Betätigungselement in seiner ersten Endstellung,

Fig. 6b eine Darstellung wie in Fig. 6a, jedoch mit einem Betätigungselement in dessen zweiter Endstellung damit verändertem Ventilhub.

Fig. 1, 2

Gemäß Fig. 1 ist ein Teil eines Nockentriebs 1 gezeigt, welcher eine nicht gezeigte Nockenwelle mit darauf angeordneten Nocken 18, ebenso wie einen, einen Nockenfolger 2 aufweisenden Kipphebel 3 umfasst. Der Kipphebel 3 ist über seinen ersten Arm 4 mit einem stößelartigen Widerlager 5 und über seinen zweiten Arm 6 mit wenigstens einem Gaswechselventil 7 eines zugehörigen, nicht gezeigten Zylinders, wirkungsver- bunden. Der Nockenfolger 2 ist dabei gemäß der Fig. 1 als Ring ausgebildet, welcher über einen Bolzen 8 in einer Aufnahme 9 am Kipphebel 3 gehalten ist. Zwischen dem ersten Arm 4 des Kipphebels 3 und dem Widerlager 5 ist eine Einrichtung 10 zum Verändern des Hubes des wenigstens einen Gaswechselventils 7 vorgesehen. Die Einrichtung 10 zum Verändern des Hubes des Gaswechselventils 7 weist dabei kipphebelseitig einen Führungsstift 11 auf, mit welchem sie in eine zugehörige Aufnahme 9' im ersten Arm 4 des Kipphebels 3 eingreift. Widerlagerseitig weist die Einrichtung 10 eine zu einem wi- derlagerseitigen Kopf komplementär ausgebildete Lagerfläche

auf, über welche sich die Einrichtung 10 am stößelartigen Widerlager 5 abstützt.

Generell weist die Einrichtung 10 zum Verändern des Hubes des wenigstens einen Gaswechselventils 7 ein Betätigungselement 12 auf, an welchem der Führungsstift 11 angeordnet ist. Erfindungsgemäß ist das Betätigungselement 12 zwischen zwei Stellungen um eine Achse 13 des stößelartigen Widerlagers 5 drehbar gelagert, wobei ein Ventilhub in einer ersten, eingekuppelten Stellung (vergleiche Fig. 2a) des Betätigungselementes 12 im Vergleich zu einer zweiten, ausgekuppelten Stellung (vergleiche Fig. 2b) verändert ist. Eine Drehbewegung des Betätigungselementes kann dabei über einen Aktuato- rarm 14 erfolgen, welcher beispielsweise an einen nicht gezeigten Aktuator, insbesondere einen Stellantrieb, angeschlossen beziehungsweise mit diesem wirkungsverbunden ist. Dabei ist denkbar, dass jedem Aktuator ein Betätigungselement 12 zugeordnet ist oder aber dass mehrere Betätigungselemente 12 von ein und demselben Aktuator gesteuert werden,

Am ersten Arm 4 des Kipphebels 3 ist eine Federeinrichtung 15 vorgesehen, welche den Kipphebel 3 bzw. den ersten Arm 4 des Kipphebels 3 gegen den zugehörigen, nicht gezeigten Nocken der Nockenwelle vorspannt. Dabei ist die Federeinrichtung 15 als Schenkelfeder ausgebildet und greift einerseits an dem zweiten Arm 6 des Kipphebels 3 und andererseits an dem Führungsstift 11 des Befestigungselementes 12 als Widerlager an.

Beim Betrieb des Nockentriebs 1 führt der Kipphebel 3 eine Kippbewegung aus, wobei die Kippachse in Abhängigkeit der Stellung des Betätigungselementes 12 variiert. Bei der Stellung des Betätigungselementes 12 in seiner zweiten Endlage (vergleiche Fig. 1 und 2a) taucht das Betätigungselement 12 während der oszillierenden Kippbewegung des Kipphebels 3 in diesen zumindest teilweise ein, wobei der Kipphebel 3 dann eine Kippbewegung um das freie Ende des zweiten Armes 6 ausführt, ohne dabei ein Betätigen des zugehörigen Gaswechselventils 7 zu bewirken. Wird dagegen das Betätigungselement 12 um 90° gedreht (vergleiche Fig. 2b), so befindet sich das Betätigungselement 12 in einer ersten Stellung, insbesondere in einer ersten Endstellung, wobei es sich am Kipphebel 3 abstützt, so dass dieser eine oszillierende Kippbewegung ausführt, welche ein Betätigen des Gaswechselventiles 7 des zugehörigen Zylinders bewirkt.

Das Betätigungselement 12 kann somit zwischen zumindest zwei Endstellungen verdreht werden, wobei die erste Endstellung zu einem „normalen" Hub des Gaswechselventils 7 führt, während die zweite Endstellung einen reduzierten Hub, insbesondere einen Nullhub, des Gaswechselventils 7 bewirkt. Letzteres wird dabei als „Zylinderabschaltung" bezeichnet. Denkbar ist dabei auch, zwischen den zwei genannten Endstellungen des Betätigungselementes 12 zumindest eine Zwischenstellung vorgesehen ist, bei welcher das Betätigungselement 12 nicht so tief in den zweiten Arm 4 des Kipphebels 3 eintaucht, wie dies in der zweiten Endstellung der Fall ist und somit zu einem im Vergleich zur ersten Endstellung reduzierten und im

Vergleich zur zweiten Endstellung erhöhten Ventilhub des Gaswechselventils 7 fuhrt. Somit ist eine besonders exakte Steuerung des Ventilhubes des Gaswechselventiles 7 möglich.

Fig. 3

Gemäß Fig. 3 ist eine Einrichtung 10 zum Verandern des Hubes des Gaswechselventiles 7 gezeigt, bei der der Kipphebel 3 zweiteilig ausgebildet ist und ein Kipphebelelement 16 sowie ein innen im Kipphebelelement 16 liegender Arm 17 vorgesehen ist. Ahnlich wie in den Fig. 1 und 2 ist auch bei der Einrichtung 10 gemäß der Fig. 3 ein Nockenfolger 2 vorgesehen, welcher über einen Bolzen 8 am Kipphebel 3 gelagert ist. Im Unterschied zu den Fig. 1 und 2 weist die Einrichtung 10 gemäß der Fig. 3 jedoch den innenliegenden Arm 17 auf, der relativ zum Kipphebel 3 um die Achse 13' verdrehbar ist.

Auch bei der Einrichtung 10 gemäß der Fig. 3 ist eine Federeinrichtung 15 vorgesehen, welche vorzugsweise als Schenkelfeder ausgebildet ist und welche im Bereich des zweiten Armes 6 des Kipphebels 3 beziehungsweise dessen freien Endes angeordnet ist und den Kipphebel 3 gegen den zugehörigen Nocken der Nockenwelle vorspannt und zwar gegenüber dem Widerlager 5 über den innenliegenden Arm 17. Das Betatigungsele- ment 12 zum Andern des Hubes des Gaswechselventiles 7 ist im Unterschied zu den Fig. 1 und 2 anders ausgebildet, insbesondere in der Weise, dass zwischen einer ersten Endstellung und einer zweiten Endstellung lediglich ca. 45° liegen. Das

Betätigungselement 12 weist ebenfalls einen Führungsstift 11 auf, welcher dem innenliegenden Arm 17 zugewandt am Betätigungselement 12 angeordnet ist und bei montierter Einrichtung 10 in eine entsprechende Aufnahme 9' am innenliegenden Arm 17 eingreift. Auf seiner dem stößelartigen Widerlager 5 zugewandten Seite weist das Betätigungselement 12 eine komplementär zu einem Kopf des stößelartigen Widerlagers 5 ausgebildete Lagefläche auf, die ein zuverlässiges Zusammenwirken zwischen Betätigungselement 12 und Widerlager 5 gewährleistet .

Fig. 4

Wie in Fig. 4a gezeigt, befindet sich bei der Ausführung nach Fig. 3 das Betätigungselement 12 in seiner ersten Stellung, insbesondere in seiner ersten Endstellung und stützt sich dabei am Kipphebelelement 16 ab, so dass dieses eine oszillierende Kippbewegung ausführt, die ein Betätigen des zugehörigen Gaswechselventiles 7 bewirkt. Im Unterschied dazu ist das Betätigungselement 12 gemäß der Fig. 4b um 45° gedreht und damit in einer zweiten Stellung, insbesondere in seiner zweiten Endstellung, in welcher es zumindest teilweise in das Kipphebelelement 16 eintaucht und sich ausschließlich am innenliegenden Arm 17 abstützt, so dass das Kipphebelelement 16 eine Kippbewegung um das freie Ende seines zweiten Armes 6 ausführt, ohne ein Betätigen des zugehörigen Gaswechselventiles 7 zu bewirken. Da ein Nocken 18 sowohl in der Fig. 4a als auch in der Fig. 4b die gleiche Stellung

einnimmt, lässt sich ein zwischen den beiden Figuren unterschiedlicher Ventilhub deutlich ablesen. Eine Ventilhubdifferenz zwischen der Fig. 4a und 4b ergibt sich durch eine Addition der Ventilhubveränderungen a und b gemäß den Fig. 4a und b. Auch hierbei ist denkbar, dass ein Ventilhub bei sich in seiner ersten Endstellung befindlichem Betätigungselement 12 deutlich verändert zu einem Ventilhub bei einem sich in seiner zweiten Endstellung befindlichen Betätigungselement 12 ausfällt. Insbesondere ist vorstellbar, dass der Ventilhub in der zweiten Endstellung des Betätigungselementes 12 stark reduziert ist oder im Extremfall null beträgt, so dass in diesem Fall das zugehörige Gaswechselventil 7 keinen Ventilhub verfährt, was zu einer Zylinderabschaltung führt.

Denkbar sind zwischen den beiden Endstellungen des Betätigungselementes 12 weitere Zwischenstellungen, zumindest jedoch eine, bei welcher ein Ventilhub im Vergleich zur ersten Endstellung des Betätigungselementes 12 und im Vergleich zur zweiten Endstellung des Betätigungselementes 12 verändert ist. Somit kann eine besonders genaue Steuerung des Ventilhubes erreicht werden.

Fig. 5, 6

Gemäß den Fig. 5 und 6 ist eine Einrichtung 10 gezeigt, bei welcher der Kipphebel 3 zweiteilig ausgebildet ist und zwei unabhängig voneinander arbeitende Kipphebel 3' und 3' ' mit zwei unabhängig voneinander arbeitenden Nockenfolgern 2' und

2'' aufweist. Dabei wird im Folgenden zwischen einem inneren Kipphebel 3' und einem äußeren Kipphebel 3'' unterschieden. Der Nockenfolger 2' ist dabei gleich oder zumindest ähnlich ausgebildet wie der Nockenfolger 2 gemäß den Fig. 1 bis 4, während der Nockenfolger 2'' als Gleitfläche 19 am äußeren Kipphebel 3'' angeordnet ist. Ebenfalls wiederum vorgesehen ist eine Federeinrichtung 15, welche als Schenkelfeder ausgebildet. Die Federeinrichtung 15 verspannt die beiden Kipphebel 3' und 3'' in Richtung aufeinander zu.

Am zweiten Arm 6 ist der innere Kipphebel 3' drehbar über einen Bolzen 8 am äußeren Kipphebel 3'' gelagert. Weiter unterschiedlich zu den Ausführungsformen der Einrichtung 10 gemäß den Fig. 1 bis 4 ist bei den Fig. 5 und 6, dass neben dem Nocken 18 weitere Nocken 18' vorgesehen sind.

Das Betätigungselement 12 weist wie in den Fig. 1 bis 4 auch gemäß Fig. 5 einen Führungsstift 11 auf, welcher in eine zugehörige Aufnahme 9' am inneren Kipphebel 3' eingreift, wobei zusätzlich im Bereich des Führungsstiftes 11 eine teil- kugelartige Gleitfläche 19 vorgesehen ist. Ebenso wie in den vorangegangenen Fig. 1 bis 4 weist auch das Betätigungselement 12 gemäß den Fig. 5 und 6 einen Aktuatorarm 14 auf, welcher an einem nicht gezeigten Aktuator angeschlossen werden kann.

In einer ersten Stellung, insbesondere seiner ersten Endstellung, stützt sich das Betätigungselement 12 am äußeren Kipphebel 3'' ab (vergleiche Fig. 6a) so dass dieser mit ei-

nem ersten Nocken 18 der Nockenwelle im Kontakt steht und eine oszillierende Kippbewegung ausführt, welche ein Betätigen des Gaswechselventils 7 des zugehörigen Zylinders bewirkt. In seiner zweiten Stellung hingegen, insbesondere in einer zweiten Endstellung, taucht das Betätigungselement 12 zumindest teilweise in den äußeren Kipphebel 3'' ein und stützt sich am inneren Kipphebel 3' ab, so dass der innere Kipphebel 3' mit einem zweiten Nocken 18' der Nockenwelle in Kontakt steht und eine oszillierende Kippbewegung ausführt, die ein im Vergleich zur ersten Stellung verändertes Betätigen des zugehörigen Gaswechselventils 7 bewirkt (vergleiche Fig. 6) . Ebenso wie bei den Einrichtungen 10 gemäß den Fig. 1 bis 4 ist bei der Einrichtung 10 gemäß den Fig. 5 und 6 denkbar, dass zwischen den beiden Endstellungen Zwischenstellungen vorgesehen sind, bei welchen der Ventilhub des Gaswechselventils 7 im Vergleich zur erste Endstellung und im Vergleich zur zweiten Endstellung verändert ist. Je nach Ausführungsform der ersten Nocken 18 bzw. der zweiten Nocken 18' kann dabei eine Reduzierung des Ventilhubes bis hin zu einem völligen Abschalten des zugehörigen Zylinders in der zweiten Endstellung des Betätigungselementes 12 erreicht werden .

Mit der Einrichtung gemäß den Fig. 5 und 6 kann somit je nach Ausführungsform der beiden Nocken 18 und 18' Einfluss auf den Ventilhub genommen werden, wodurch eine im Vergleich zu den Fig. 1 bis 4 erreichbare Steuerung des Ventilhubs deutlich präzisier möglich ist, sofern unabhängig von den

Ausführungsformen der Einrichtung 10 keine Zwischenstellungen zwischen den beiden Endstellungen vorgesehen sind.

Allen Ausführungsformen gemäß den Fig. 1 bis 6 ist dabei gemein, dass die Einrichtung 10, insbesondere das Betätigungselement 12 konstruktiv einfach ausgebildet sind und Bauraum minimierend im Bereich des ersten Armes 4 des Kipphebels 3 zwischen diesem und dem Widerlager 5 angeordnet sind. Gleichzeitig handelt es sich bei dem Betätigungselement 12 um ein im normalen Betrieb des Verbrennungsmotors nicht bewegtes Bauteil, so dass im wesentlichen eine ruhende Einrichtung 10 zum Verändern des Ventilhubes geschaffen wird, welche im Vergleich zu einem Verbrennungsmotor ohne erfindungsgemäßer Einrichtung 10 keine erhöhten Energiekosten aufgrund von zu bewegenden Mehrmassen erzeugt.

Alle in der Beschreibung und in den nachfolgenden Ansprüchen dargestellten Merkmale können sowohl einzeln als auch in beliebiger Form miteinander kombiniert erfindungswesentlich sein .

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