Bezeichnung der Erfindung

Umschaltbarer Ventiltrieb einer Brennkraftmaschine

Beschreibung

Gebiet der Erfindung

Die Erfindung betrifft einen auf unterschiedliche Gaswechselventilhübe umschaltbaren Ventiltrieb einer Brennkraftmaschine, mit einer Nockenwelle, die eine Antriebswelle und zumindest ein auf der Antriebswelle drehfest und axial- verschieblich angeordnetes Nockenstück umfasst, das zumindest eine Nocken- gruppe axial benachbarter Nocken mit voneinander verschiedenen Nockenerhebungen aufweist und gemeinsam mit der Antriebswelle an einer ortsfest in der Brennkraftmaschine angeordneten Nockenwellenlagerstelle radial abgestützt ist, und mit einer Betätigungseinrichtung zum axialen Verschieben des Nockenstücks.

Hintergrund der Erfindung

Ein derartiger Ventiltrieb ist im Stand der Technik bekannt und geht beispielsweise aus der DE 101 48 179 A1 hervor. Der dort vorgeschlagene Ventiltrieb weist eine Antriebswelle mit einer Außenlängsverzahnung und ein darauf axial verschieblich angeordnetes Nockenstück mit einer zur Außenlängsverzahnung korrespondierenden Innenlängsverzahnung sowie beidseitig einer Nockenwellenlagerstelle angeordnete Nockenpaare mit voneinander verschiedenen Nockenerhebungen auf. Die Betätigungseinrichtung zum axialen Verschieben des Nockenstücks umfasst ansteuerbare Aktuatorstifte, die mit zugehörigen, am Nockenstück ausgebildeten Axialnuten so zusammenwirken, dass das Nockenstück während der gemeinsamen Grundkreisphase der Nockenpaare auf dem

als Rollenschlepphebel ausgebildeten Nockenabgriffselement unter Umschal- tung der jeweils wirksamen Nockenerhebung verschoben wird.

Dadurch, dass der am Nockenstück ausgebildete Lagerzapfen unmittelbar in der Nockenwellenlagerstelle gleitend verschoben wird, muss der axiale Abstand zwischen der Nockenwellenlagerstelle und des der Nockenwellenlagerstelle nächstliegenden und momentan wirksamen Nockens zumindest ebenso groß sein wie der gesamte Verschiebeweg des Nockenstücks. Unter Berücksichtung einer erforderlichen Mindestbreite jedes Nockens zwingt diese Anordnung in der Regel jedoch zu einer erheblichen Breitenreduzierung der Nockenwellenlagerstelle gegenüber herkömmlichen, nicht umschaltbaren Ventiltrieben und/oder, wie auch in der zitierten Druckschrift ausgeführt, zu einer Beschränkung auf maximal zwei Nocken pro Nockengruppe. Ein hiermit verbundener Nachteil ist zum einen das erhöhte Verschleißrisiko der schmalen Nockenwel- lenlagerstelle aufgrund der ungünstigen Bedingungen für die Ausbildung eines ausreichend tragfähigen hydrodynamischen Schmierfilms im Gleitlager, während der Einsatz einer an die Lebensdauer der Brennkraftmaschine angepass- ten Wälzlagerung innerhalb des axialen Bauraumangebots der Nockenwellenlagerstelle ohne weiteres nicht realisierbar erscheint. Die eingeschränkte Anzahl der Nocken pro Nockengruppe führt zum anderen dazu, dass eine Verbesserung des Leistungs-, Kraftstoffverbrauchs- und Abgasemissionsverhaltens der Brennkraftmaschine durch Anpassen der Gaswechselventilhübe an die unterschiedlichen Betriebsbereiche der Brennkraftmaschine nur in engen Grenzen möglich ist.

Aufgabe der Erfindung

Der Erfindung liegt daher die Aufgabe zugrunde, einen Ventiltrieb der eingangs genannten Art so fortzubilden, dass die aufgezeigten Nachteile mit einfachen Mitteln vermieden werden. Demnach soll gleichzeitig eine ausreichend stabile und lebensdauerfeste radiale Abstützung der Nockenwelle in der Nockenwellenlagerstelle geschaffen und gleichzeitig eine erhöhte Flexibilität hinsichtlich der

Anzahl der Nocken pro Nockengruppe und/oder der jeweiligen Nockenbreiten ermöglicht werden. Der Ventiltrieb soll ferner in einfacher Weise und unter Großserienbedingungen kostengünstig herstellbar sein.

Zusammenfassung der Erfindung

Die Lösung dieser Aufgabe ergibt sich aus den Merkmalen des Anspruchs 1 , während vorteilhafte Weiterbildungen und Ausgestaltungen den Unteransprüchen entnehmbar sind. Demnach wird die Aufgabe dadurch gelöst, dass eine radial zwischen der Nockenwellenlagerstelle und dem Nockenstück angeordnete und gemeinsam mit dem Nockenstück axialverschiebliche Lagerbuchse vorgesehen ist. Die Lagerbuchse ist gegen Verdrehen gegenüber der Nockenwellenlagerstelle gesichert und umgreift mit ihrer Innenmantelfläche einen auf dem Nockenstück benachbart zur Nockengruppe verlaufenden Lagerzapfen, wobei die Innenmantelfläche eine Lagerbreite aufweist, die größer als die Lagerbreite der Nockenwellenlagerstelle ist.

Durch die radiale Zwischenschaltung der rotativ stillstehenden Lagerbuchse zwischen die Nockenwellenlagerstelle und den Lagerzapfen des Nockenstücks kann die Lagerungsfunktion der Nockenwellenlagerstelle auf eine quasistatische, d.h. von relativer Bauteil rotation freie und folglich schmal bauende Abstützung reduziert werden. Der sich hieraus gegenüber dem zitierten Stand der Technik ergebende axiale Bauraumüberschuss kann zugunsten einer höheren Anzahl von Nocken pro Nockengruppe und/oder zugunsten erhöhter Nocken- breiten genutzt werden. Aufgrund der mit dem Nockenstück axial mitbewegten Lagerbuchse kann gleichzeitig die Lagerbreite der den Lagerzapfen umgreifenden Innenmantelfläche der Lagerbuchse gegenüber der im zitierten Stand der Technik offenbarten Anordnung zugunsten einer lebensdauerfesten Tragfähigkeit eines Gleit- oder Wälzlagers deutlich erhöht werden.

Unbeschadet der Tatsache, dass die Nockenwellenlagerstelle nunmehr deutlich schmalbauender als die Innenmantelfläche der Lagerbuchse ausgeführt werden kann, und dass die Lagerbuchse relativ zur Nockenwellenlagerstelle axial verfährt, ist es in Weiterbildung der Erfindung vorgesehen, dass die Lagerung des Lagerzapfens in der Lagerbuchse als vom Schmiermittelkreislauf der Brennkraftmaschine versorgtes, hydrodynamisches Gleitlager ausgebildet ist. Eine gezielte und von unerwünschtem Schmiermittelaustritt freie Versorgung des Gleitlagers kann über in dessen Richtung hin öffnende Rückschlagventile erfolgen, die in am Außenumfang der Lagerbuchse axial beabstandet angeordneten Ausnehmungen verlaufen und deren Anzahl mit der Anzahl der Nocken pro Nockengruppe identisch ist. Dabei ist das Gleitlager in Abhängigkeit der Axialposition des Nockenstücks gegenüber der Nockenwellenlagerstelle über jeweils eines der Rückschlagventile an einen in der Nockenwellenlagerstelle mündenden Versorgungskanal für das Schmiermittel angeschlossen.

Eine derartige hydraulische Schaltung zur Schmiermittelversorgung des Gleitlagers kann außerdem besonders einfach und wirksam dadurch gestaltet werden, dass die Lagerbuchse eine sich parallel zu deren Längsachse erstreckende Verteilerleitung aufweist, die eine zentral in der Innenmantelfläche mündende Versorgungsbohrung für das Schmiermittel mit den Ausnehmungen verbindet.

Wie vorhergehend erläutert, ist es außerdem problemlos möglich, drei Nocken pro Nockengruppe vorzusehen. Während die einer Nockengruppe zugehörigen Nocken unabhängig von ihrer Anzahl voneinander verschiedene Nockenerhe- bungen hinsichtlich des Maximalhubs und/oder der Phasenlage aufweisen, kann es bei einem Grenzfall einer Nockenerhebung vorgesehen sein, dass einer der Nocken als innerhalb der Nockengruppe nächstliegend zur Nockenwellenlagerstelle angeordneter Grundkreisnocken zur Gaswechselventilstilllegung ausgebildet ist und bei Axialverschiebung des Nockenstücks in die Nockenwel- lenlagerstelle eintaucht derart, dass sich die Nockenwellenlagerstelle und der Grundkreisnocken axial überlappen. Die Gaswechselventilstilllegung kann bekanntermaßen entweder zur Verbesserung des Ladungswechsels und der Ge-

mischbildung oder zur vollständigen Abschaltung einzelner Zylinder der Brennkraftmaschine genutzt werden. Gleichzeitig ermöglicht das Eintauchen des Grundkreisnockens in die Nockenwellenlagerstelle eine axial außerordentlich kompakte Bauweise des Nockenstücks, welche eine Reihenschaltung von drei oder mehr Nocken pro Nockengruppe deutlich vereinfacht. Als Alternative zu dem reinen Grundkreisnocken kann es aber auch vorgesehen sein, den innerhalb der Nockengruppe nächstliegend zur Nockenwellenlagerstelle angeordneten Nocken mit einer vergleichsweise kleinen Nockenerhebung zu versehen, die im Falle eines ausreichenden radialen Bauraumangebots ebenfalls in die No- ckenwellenlagerstelle eintaucht.

In bevorzugter Fortbildung der Erfindung ist es vorgesehen, dass das Nockenstück zwei beidseitig der Lagerbuchse angeordnete Nockengruppen aufweist. Dabei ist es dem Fachmann auf dem Gebiet derartiger Ventilsteuerungen selbstverständlich bewusst, dass eine für beide Nockengruppen identisch orientierte Reihenfolge der verschiedenen Nockenerhebungen vorzunehmen ist, um eine gleichwirkende Hubänderung der beidseitig der Nockenwellenlagerstelle angeordneten Gaswechselventile eines Zylinders erzielen zu können.

Während das Nockenstück mit der Lagerbuchse als wesentlichem Bestandteil der Erfindung auch mit den im Stand der Technik bekannten Betätigungseinrichtungen zur axialen Verschiebung des Nockenstücks kombiniert werden kann, ermöglicht die Erfindung außerdem den Einsatz einer Betätigungseinrichtung mit folgenden Merkmalen: • zwei am Nockenstück ausgebildete Nockenbahnen mit in Längsrichtung der Nockenwelle wirksamen und einander zugewandten Hubprofilen mit über deren Umfang im wesentlichen konstantem Abstand;

• eine zur Längsachse der Nockenwelle parallel angeordnete und gegen Verdrehen um die Längsachse der Nockenwelle gesicherte Stößelstange, de- ren Stirnflächen sich in Eingriff mit den Nockenbahnen befinden;

• eine ansteuerbare Feststelleinrichtung zur form- und/oder reibschlüssigen Axialfixierung der Stößelstange.

Mit einer derartigen Betätigungseinrichtung, deren Funktionsweise ausführlich im Rahmen der Beschreibung eines Ausführungsbeispiels erläutert wird, kann ein ebenfalls zugunsten der Nockenanzahl pro Nockengruppe und/oder der jeweiligen Nockenbreite axial außerordentlich kompaktes Nockenstück darge- stellt werden.

Dies gilt insbesondere dann, wenn das Nockenstück im Querschnitt kreisringförmige und sich zugewandte Längsausnehmungen aufweist, die radial innerhalb der beidseitig der Lagerbuchse angeordneten Nockengruppen verlaufen und an deren Böden die Nockenbahnen ausgebildet sind. Hierdurch kann der radiale Bauraum zwischen der Antriebswelle und dem allen Nocken einer Nockengruppe gemeinsamen Grundkreisdurchmesser zur Unterbringung der die Axialposition des Nockenstücks steuernden Stößelstange genutzt werden.

Eine durch die Längsausnehmungen unvermeidbare Schwächung der radialen Gestaltfestigkeit des Nockenstücks kann erforderlichenfalls dadurch kompensiert werden, dass die Lagerbuchse radial einwärts gestufte Endabschnitte aufweist, die sich in die Längsausnehmungen erstrecken. Hierdurch werden die Nocken, die oberhalb der Längsausnehmungen verlaufen, in ausreichendem Maß durch die Lagerbuchse abgestützt.

Während die in Längsrichtung der Nockenwelle wirksamen Hubprofile der Nockenbahnen grundsätzlich ein beliebiges Axialprofil aufweisen können und dabei lediglich ein Verschieben des Nockenstücks außerhalb der den Nocken ge- meinsamen Grundkreisphase auszuschließen ist, ist es zugunsten einer zügigen und definierten Axialverschiebung des Nockenstücks besonders zweckmäßig, wenn jedes der Hubprofile aus einer ansteigenden Flanke, einer abfallenden Flanke und zwischen den Flanken verlaufenden Rastbahnen zusammengesetzt ist.

Zur Reibungsreduzierung zwischen den Stirnflächen der Stößelstange und den Nockenbahnen ist es ferner vorgesehen, dass die Stößelstange beidenends angeformte Gelenkpfannen aufweist, wobei die Stirnflächen durch in den Gelenkpfannen drehbar gelagerte Kugeln gebildet sind. Dabei können die Nocken- bahnen zugunsten reduzierter Kontaktpressungen und reduzierten Kontaktverschleißes ein zu den Kugeln im wesentlichen komplementäres Profil im Längsschnitt aufweisen.

Darüber hinaus kann die Lagerbuchse vorteilhaft zu Führungszwecken der Stö- ßelstange genutzt werden, indem die Stößelstange in einer oder mehreren miteinander fluchtenden Längsbohrungen durch die Lagerbuchse längsbeweglich gelagert ist.

In einer bevorzugten Ausführung soll die Feststelleinrichtung ein elektrisch bestrombares Piezostapelelement und einen von diesem betätigten und auf die Außenmantelfläche der Stößelstange gerichteten Schieber aufweisen, der die Stößelstange bei bestromtem Piezostapelelement durch Klemmung axialfixiert. Aufgrund des sich unter Bestromung hochpräzise, extrem schnell und mit hoher Betätigungskraft ausdehnenden Piezostapelelements kann auch bei hohen Drehzahlen der Brennkraftmaschine durch zeitlich präzise und ausreichend rutschsichere Klemmung der Stößelstange ein reproduzierbarer Umschaltvorgang des Nockenstücks durchgeführt werden. Dabei soll die Feststelleinrichtung in einer konkreten Ausführungsform folgende Merkmale aufweisen:

• ein längliches, orthogonal zur Nockenwelle ausgerichtetes Gehäuse mit einer ersten Längsbohrung, einer sich an die erste Längsbohrung anschließenden zweiten Längsbohrung und einer quer im Gehäuse verlaufenden Durchführung für die Stößelstange, in welcher Durchführung die zweite Längsbohrung mündet;

• das Piezostapelelement ist in der ersten Längsbohrung angeordnet und an einem in der ersten Längsbohrung eingesetzten Verschlussstopfen axial abgestützt;

• der Schieber ist in der zweiten Längsbohrung längsbeweglich gelagert und erstreckt sich bis zur Durchführung, die eine gegenüber dem Schieber verlaufende Klemmfläche aufweist.

Die für die Lebensdauerfestigkeit eines Piezostapelelements üblicherweise erforderliche Federvorspannung kann auf einfache Art mit einer Rückstellung des Schiebers verbunden werden, indem der Schieber im Längsschnitt T-förmig mit einem zylindrischen, dem Piezostapelelement zugewandten und eine Hubübertragungsfläche aufweisenden Kopfstück und mit einem vom Kopfstück ausge- henden und in der zweiten Längsbohrung verlaufenden zylindrischen Bolzen ausgebildet ist, wobei zwischen einer der Hubübertragungsfläche gegenüberliegenden Ringstirnfläche des Kopfstücks und dem Grund der ersten Längsbohrung ein Druckfedermittel eingespannt ist.

Die Funktionalität der im Gehäuse zu einer Baueinheit zusammengefassten Feststelleinrichtung kann weiterhin vorteilhaft dadurch erweitert werden, dass in die Feststelleinrichtung eine Axialrastiereinrichtung für die Lagerbuchse integriert ist. Dabei ist die Axialrastiereinrichtung in einer im Gehäuse verlaufenden dritten Längsbohrung mit zur Lagerbuchse gerichteter öffnung und mit einem Boden angeordnet und weist ein am Boden abgestütztes Druckfedermittel und ein im Bereich der öffnung verlaufendes, vom Druckfedermittel wahlweise unter Zwischenschaltung einer Druckstückaufnahme kraftbeaufschlagtes Druckstück auf. Dieses wirkt mit jeweils einer von Rastkonturen, die am Außenumfang der Lagerbuchse axial beabstandet verlaufen, formschlüssig zusammen. Mit einer solchen Axialrastiereinrichtung wird zum einen eine definierte Axialposition des Nockenstücks gegenüber dem das Gaswechselventil betätigenden Nockenabgriffselement sichergestellt und andererseits ein unkontrolliertes Verschieben des Nockenstücks verhindert.

Eine weitere Funktionsintegration der Feststelleinrichtung ergibt sich dann, wenn die Axialrastiereinrichtung ebenfalls als Verdrehsicherung für die Lagerbuchse gegenüber der Nockenwellenlagerstelle dient, indem das Druckstück,

die Rastkonturen und eine jeweils zwischen den Rastkonturen verlaufende LJ- bergangskontur im Querschnitt im wesentlichen eben ausgebildet sind. Hierdurch ist die funktionsrelevante Verdrehsicherung der Lagerbuchse nicht nur in den einzelnen Axialpositionen des Nockenstücks, sondern auch in den dazwi- sehen liegenden übergangspositionen ausreichend wirksam.

Um den mit der Drehzahl der Brennkraftmaschine und folglich mit der Umschaltdynamik des Nockenstücks zunehmenden Anforderungen hinsichtlich geringer Massenträgheit und gleichzeitig höchster Verschleißbeständigkeit der beim Umschaltvorgang beanspruchten Kontaktflächen gerecht zu werden, kann die Lagerbuchse schließlich ein Einsatzteil aufweisen, an welchem Einsatzteil die Rastkonturen verlaufen. Dabei sollen die Lagerbuchse aus einem Leichtbauwerkstoff, vorzugsweise Aluminium und das Einsatzteil aus einem Stahlwerkstoff mit gehärteter Oberfläche hergestellt sein.

Kurze Beschreibung der Zeichnungen

Weitere Merkmale der Erfindung ergeben sich aus der nachfolgenden Beschreibung und aus den Zeichnungen, in denen ein Ausführungsbeispiel des erfindungsgemäßen Ventiltriebs teilweise vereinfacht oder schematisch dargestellt ist. Dabei sind funktionsgleiche Merkmale oder Bauteile mit gleichen Bezugszahlen versehen. Es zeigen:

Figur 1 eine perspektivische Ansicht eines erfindungsgemäßen Ventil- triebs im montierten Zustand in der Brennkraftmaschine;

Figur 2 eine perspektivische Ansicht eines Längsschnitts durch den Ventiltrieb gemäß Figur 1 ;

Figur 3 eine perspektivische Darstellung eines Längsschnitts durch das

Nockenstück gemäß Figur 2;

Figur 4 eine perspektivische Darstellung des Ausschnitts der Brennkraftmaschine gemäß Figur 1 ;

Figur 5 eine schematische Darstellung der Schmiermittelversorgung eines in der Lagerbuchse angeordneten und den Lagerzapfen des Nockenstücks lagernden Gleitlagers;

Figur 6 eine perspektivische Darstellung der Lagerbuchse gemäß Figur 2 mit Ansicht auf die Ausnehmungen für die Rückschlagventile ge- maß Figur 5;

Figur 7 eine perspektivische Darstellung der Lagerbuchse gemäß Figur 2 mit Ansicht auf ein daran montiertes Einsatzteil;

Figur 8 eine perspektivische Darstellung der Lagerbuchse gemäß Figur 7 ohne das Einsatzteil;

Figur 9 eine perspektivische Darstellung des Einsatzteils gemäß Figur 7;

Figur 10 eine perspektivische Darstellung eines Längsschnitts durch eine Feststelleinrichtung gemäß Figur 1 ;

Figur 1 1 eine perspektivische Darstellung einer Stößelstange gemäß Figur

2;

Figuren 12 Prinzipdarstellungen zur Funktionsweise einer erfindungsgemäßen Betätigungseinrichtung zum axialen Verschieben des Nockenstücks von einer ersten in die zweite Endposition und

Figuren 13 die Prinzipdarstellungen analog den Figuren 12 beim axialen Verschieben des Nockenstücks von der zweiten in die erste Endposition.

Ausführliche Beschreibung der Zeichnungen

In Figur 1 ist ein erfindungsgemäßer, in einem Zylinderkopf 1 einer Brennkraft- maschine 2 montierter Ventiltrieb 3 im Ausschnitt für einen Zylinder der Brennkraftmaschine 2 offenbart. Dargestellt ist eine Nockenwelle 4 mit einer eine Au- ßenlängsverzahnung 5 aufweisenden Antriebswelle 6 und mit einem Nockenstück 7, das mit einer zur Außenlängsverzahnung 5 korrespondierenden Innen- längsverzahnung 8 drehfest und axialverschieblich auf der Antriebswelle 6 an- geordnet ist. Das Nockenstück 7 weist beidseitig einer ortsfest in der Brennkraftmaschine 2 angeordneten und die Nockenwelle 4 radial abstützenden No- ckenwellenlagerstelle 9 angeordnete Nockengruppen 10 und 1 1 auf, die aus jeweils drei axial benachbarten Nocken 10a,1 Ob und 10c bzw. 1 1 a, 11 b und 11 c mit voneinander verschiedenen Nockenerhebungen und identischem Grund- kreisdurchmesser zusammengesetzt sind. Die Nocken 10a und 1 1 a sind als hubfreie Grundkreisnocken ausgebildet.

In Abhängigkeit der momentanen Axialposition des Nockenstücks 7 übertragen beidseitig der Nockenwellenlagerstelle 9 angeordnete Nockenfolger 12, die hier als jeweils auf einem Abstützelement 13 schwenkbeweglich gelagerte Rollenschlepphebel ausgebildet sind, den Hub des jeweils mit diesen in Eingriff befindlichen Nockens 10a,1 Ob oder 10c bzw. 11 a, 11 b oder 1 1 c auf Gaswechselventile 14. In der dargestellten Axialposition des Nockenstücks 7 sind jeweils die Grundkreisnocken 10a und 1 1 a aktiv, so dass die betreffenden Gaswech- selventile 14 vollständig stillgelegt ist.

Eine elektrisch ansteuerbare Feststelleinrichtung 15, die starr am Zylinderkopf 1 befestigt und orthogonal zur Nockenwelle 4 ausgerichtet ist, dient als Teil einer Betätigungseinrichtung 16 sowohl zum axialen Verschieben als auch zur axia- len Arretierung des Nockenstücks 7 in dessen jeweiliger Axialposition. Eine nähere Erläuterung der Betätigungseinrichtung 16 erfolgt an späterer Stelle anhand geeigneter Darstellungen.

Ein besseres Verständnis für den Aufbau der in der Nockenwellenlagerstelle 9 gelagerten Nockenwelle 4 ergibt sich mit Hilfe der Schnittdarstellung gemäß Figur 2. Das Nockenstück 7 weist einen zwischen den Nockengruppen 10 und 11 verlaufenden Lagerzapfen 17 auf, der in einer Innenmantelfläche 18 einer von der Nockenwellenlagerstelle 9 radial abgestützten und unter geringem Axialspiel gemeinsam mit dem Nockenstück 7 axialverschieblichen Lagerbuchse 19 gleitgelagert rotiert. Wie noch an späterer Stelle erläutert, ist die Lagerbuchse 19 hierzu gegen Verdrehen gegenüber der Nockenwellenlagerstelle 9 gesi- chert. Es ist deutlich erkennbar, dass die Lagerbreite der Innenmantelfläche 18 der Lagerbuchse 19 zugunsten eines ausreichend tragfähigen Schmierfilms im hydrodynamischen Gleitlager 20 deutlich breiter als die Lagerbreite der Nockenwellenlagerstelle 9 ausgeführt werden kann, in welcher die Lagerbuchse 19 lediglich axial verfährt. Eine ausreichende radiale Abstützung der Nockenwelle 4 kann auch dann noch gewährleistet werden, wenn der innerhalb der Nockengruppe 10 nächstliegend zur Nockenwellenlagerstelle 9 angeordnete Grundkreisnocken 10a in die Nockenwellenlagerstelle 9 eintaucht, so dass sich die Nockenwellenlagerstelle 9 und der Grundkreisnocken 10a axial überlappen.

Im Zusammenhang mit der hier unterhalb der Nockenwellenlagerstelle 9 an den Zylinderkopf 1 angeschraubten Feststelleinrichtung 15 sind ferner zwei am Nockenstück 7 ausgebildete Nockenbahnen 21 und 22 sowie eine Stößelstange 23 als Elemente der Betätigungseinrichtung 16 von Bedeutung. Die Nockenbahnen 21 , 22 weisen in Längsrichtung der Nockenwelle 4 wirksame Hubprofile auf, die mit über deren Umfang im wesentlichen konstantem Abstand einander zugewandt sind und sich in Eingriff mit Stirnflächen 24 der zur Längsachse der Nockenwelle 4 parallel angeordneten und gegen Verdrehen um die Längsachse der Nockenwelle 4 gesicherten Stößelstange 23 befinden. Eine axial besonders kompakte Bauweise des Nockenstücks 7 wird dadurch ermöglicht, dass das Nockenstück 7 im Querschnitt kreisringförmige und sich zugewandte Längs- ausnehmungen 25 aufweist, die radial innerhalb der Nockengruppen 10, 11 verlaufen und an deren Böden 26 die Nockenbahnen 21 , 22 ausgebildet sind.

Dabei wird eine unter Belastung unzulässig hohe radiale Einfederung der beiden Nockengruppen 10, 1 1 dadurch verhindert, dass die Lagerbuchse 19 radial einwärts gestufte Endabschnitte 27 aufweist, die sich in die Längsausnehmun- gen 25 erstrecken und zur radialen Abstützung der Nocken 10a und 11 c die- nen. Durch diese Maßnahme wird gleichzeitig die Lagerbreite der Innenmantelfläche 18 um die Breite beider Endabschnitte 27 erhöht. Das geringe Axialspiel zwischen dem Nockenstück 7 und der axial mitbewegten Lagerbuchse 19 stellt sich in diesem Fall als Differenz des Stirnflächenabstands der Nocken 10a und 11 c und des Schulternabstands der Endabschnitte 27 dar.

Eine Möglichkeit der Herstellung und Montage des in Figur 3 dargestellten Nockenstücks 7 besteht darin, eine oder beide Nockengruppen 10, 11 separat von einem Innenrohrabschnitt, an dem die Innenlängsverzahnung 8 und der Lagerzapfen 17 verlaufen, herzustellen und gemeinsam mit der Lagerbuchse 19 und der darin längsbeweglich geführten Stößelstange 23 zu einer Baueinheit zu montieren. Dabei können die Nockengruppen 10, 1 1 jeweils als einteiliges Bauteil hergestellt oder aber auch aus separat hergestellten und auf den Innenrohrabschnitt aufgezogenen Nocken 10a, 10b, 10c bzw. 11 a, 1 1 b, 1 1 c zusammengesetzt sein. Die an den Böden 26 der Längsausnehmungen 25 verlaufenden Nockenbahnen 21 , 22 können bedarfsweise ebenfalls auf separat hergestellten und in die Längsausnehmungen 25 fest eingesetzten Ringen ausgebildet sein. Solche Ringe können wie die Nockengruppen 10, 1 1 oder die einzelnen Nocken 10a, 10b, 10c bzw. 1 1 a, 1 1 b, 1 1 c beispielsweise im Sinter-, Fließpress- oder Metallspritzgießverfahren hergestellt sein. Die Befestigung der Nockengruppe bzw. der Nockengruppen 10, 1 1 und ggfls. der Nockenbahnen 21 , 22 auf dem Innenrohrabschnitt bzw. in den Längsausnehmungen 25 kann durch fachmännische kraft-, form- oder stoffschlüssige Verbindungstechniken erfolgen.

Aus der Darstellung des Zylinderkopfs 1 in Figur 4 gehen einerseits eine seitlich im Zylinderkopf 1 angebrachte Aufnahmeöffnung 28 sowie Verschraubungs- punkte 29 für die Feststelleinrichtung 15 hervor. Andererseits ist ein in der unteren Halbschale 30 der Nockenwellenlagerstelle 9 mündender Versorgungskanal

31 für Schmiermittel erkennbar, der vom Schmiermittelkreislauf der Brennkraftmaschine 2 abzweigt und zur Versorgung des Gleitlagers 20 zwischen dem Lagerzapfen 17 des Nockenstücks 7 und der Innenmantelfläche 18 der Lagerbuchse 19 dient. Eine detaillierte Darstellung des Gleitlagers 20 mit der unteren Halbschale 30, dem Versorgungskanal 31 , der Lagerbuchse 19 und dem Lagerzapfen 17 geht schematisch aus Figur 5 hervor. Eine ausreichende Schmiermittelversorgung des Gleitlagers 20 wird trotz der vergleichsweise schmalen Lagerbreite der Nockenwellenlagerstelle 9 in allen Axialpositionen der Lagerbuchse 19 ohne freien Schmiermittelaustritt aus dem Versorgungskanal 31 dadurch sichergestellt, dass am Außenumfang der Lagerbuchse 19 axial beabstandete Ausnehmungen 32 mit darin angeordneten Rückschlagventilen 33 verlaufen, die in Richtung des Gleitlagers 20 öffnen. Folglich wird das Schmiermittel positionsabhängig über ein jeweils dann geöffnetes Rückschlagventil 33 durch zunächst eine sich parallel zur Längsachse der Lagerbuchse 19 erstreckende Verteilerleitung 34 und anschließend über eine zentral in der Innenmantelfläche 18 mündende Versorgungsbohrung 35 in das Gleitlager 20 gefördert. Dabei sind die jeweils anderen beiden Rückschlagventile 33 geschlossen und verhindern einen freien Schmiermittelaustritt aus dem Versorgungskanal 31 in die Umgebung des Gleitlagers 20.

Eine Ansicht auf die Ausnehmungen 32, deren Anzahl mit der Anzahl der Nocken pro Nockengruppe 10, 1 1 und folglich der Anzahl der Axialpositionen des Nockenstücks 7 identisch ist, sowie auf die Innenmantelfläche 18 der Lagerbuchse 19 geht aus Figur 6 hervor. Deutlich erkennbar sind hierbei auch durch die Endabschnitte 27 verlaufende und miteinander fluchtende Längsbohrungen 36, in denen die Stößelstange 23 (Figur 2) längsbeweglich gelagert ist.

Wie es aus den Figuren 7 bis 9 ersichtlich ist, weist die Lagerbuchse 19 ein Einsatzteil 37 auf, das auf der den Ausnehmungen 32 gegenüberliegenden Sei- te am Außenumfang der Lagerbuchse 19 befestigt ist. Während die Lagerbuchse 19 aus einem Leichtbauwerkstoff zwecks geringer Massenwirkung beim Verschieben des Nockenstücks 7 und vorzugsweise aus Aluminium zugunsten

gleichzeitig guter Gleitlagereigenschaften hergestellt ist, handelt es sich bei dem Einsatzteil 37 um ein aus Stahlwerkstoff hergestelltes Bauteil mit gehärteter Oberfläche, auf der axial beabstandete Rastkonturen 38 verlaufen. Diese wirken formschlüssig mit einer Axialrastiereinrichtung 39 für die Lagerbuchse 19 zusammen, wie sie nachfolgend erläutert ist.

Die Axialrastiereinrichtung 39 ist in die bereits aus Figur 1 bekannte Feststelleinrichtung 15 integriert, deren Aufbau näher aus dem in Figur 10 dargestellten Längsschnitt hervorgeht. Die Feststelleinrichtung 15 weist ein längliches Ge- häuse 40 mit einer ersten Längsbohrung 41 auf, in der ein elektrisch bestrom- bares Piezostapelelement 42 angeordnet und einenends von einem in der ersten Längsbohrung 41 eingesetzten Verschlussstopfen 43 axial abgestützt ist. Sich unter Bestromung ausdehnend, betätigt das Piezostapelelement 42 einen Schieber 44, der in einer sich an die erste Längsbohrung 41 anschließenden zweiten Längsbohrung 45 kleineren Durchmessers längsbeweglich gelagert ist und, wie später erläutert wird, die Bewegung der Stößelstange 23 steuert. Zur Abdichtung des Gehäuses 40 gegenüber der Aufnahmeöffnung 28 im Zylinderkopf 1 (Figur 4) dient ein am Umfang des Gehäuses 40 verlaufender Dichtring 46.

Die mit den Rastkonturen 38 des Einsatzteils 37 gemäß Figur 9 zusammenwirkende Axialrastiereinrichtung 39 ist in einer im Gehäuse 40 verlaufenden dritten Längsbohrung 47 mit zur Lagerbuchse 19 gerichteter öffnung und mit einem Boden 48 angeordnet und weist ein am Boden 48 abgestütztes Druckfedermit- tel 49, hier in Form von zwei Schraubendruckfedern, und ein von diesen kraftbeaufschlagtes Druckstück 50 sowie eine dazwischen geschaltete und in der dritten Längsbohrung 47 längsbeweglich geführte Druckstückaufnahme 51 auf. Sowohl das Druckstück 50 als auch die auf dem Einsatzteil 37 verlaufenden Rastkonturen 38 als auch zwischen den Rastkonturen 38 verlaufende über- gangskonturen 52 sind im Querschnitt im wesentlichen eben ausgebildet, so dass das Zusammenspiel des Druckstücks 50 mit dem Einsatzteil 37 nicht nur ein unkontrolliertes Verschieben des Nockenstücks 7 aus dessen jeweiliger

Axialposition heraus, sondern auch die Verdrehsicherung der Lagerbuchse 19 gegenüber der Nockenwellenlagerstelle 9 bewirkt.

Der Schieber 44 ist im Längsschnitt T-förmig mit einem dem Piezostapelele- ment 42 zugewandten und eine Hubübertragungsfläche 53 aufweisenden zylindrischen Kopfstück 54 und mit einem vom Kopfstück 54 ausgehenden und in der zweiten Längsbohrung 45 verlaufenden zylindrischen Bolzen 55 ausgebildet. Ein hier als Tellerfederpaket ausgebildetes Druckfedermittel 56, das zwischen einer der Hubübertragungsfläche 53 gegenüberliegenden Ringstirnfläche 57 des Kopfstücks 54 und dem Grund 58 der ersten Längsbohrung 41 eingespannt ist, hält den Schieber 44 in permanenter Anlage am Piezostapelelement 42. Der Schieber 44 erstreckt sich bis zu einer im Gehäuse 40 verlaufenden Durchführung 59 für die in Figur 1 1 vergrößert dargestellte Stößelstange 23, deren Außenmantelfläche 60 bei bestromtem Piezostapelelement 42 und folg- lieh hubbeaufschlagtem Schieber 44 zwischen einer Stirnfläche 61 des zylindrischen Bolzens 55 und einer in der Durchführung 59 gegenüberliegenden Klemmfläche 62 während der Umschaltung des Nockenstücks 7 reibschlüssig axialfixiert wird. Alternativ zu der hier zylindrisch ausgebildeten Außenmantelfläche 60 der Stößelstange 23 können selbstverständlich auch Klemmflächen mit geringerer oder ohne Krümmung zugunsten niedriger Kontaktpressungen vorgesehen sein.

Nachfolgend ist der Umschaltvorgang des Nockenstücks 7 unter Einbeziehung der schematischen Darstellungen gemäß den Figuren 12 und 13 erläutert. In Figur 12 sind zunächst die von den Nockengruppen 10, 11 erzeugten Gaswechselventilhübe 63a, 63b und 63c über dem Nockenwellenwinkel aufgetragen. Bei dem Gaswechselventilhub 63a handelt es sich um den Nullhub der Grundkreisnocken 10a, 11 a. Ein Umschalten des Nockenstücks 7 in die nächste Axialposition kann bekanntlich nur in der den Nocken 10b, 1 1 b, 10c, 1 1 c ge- meinsamen und sich hier über etwa 180° Nockenwellenwinkel erstreckenden Grundkreisphase erfolgen, da ein Umschalten des Nockenstücks 7 in der Phase geöffneter Gaswechselventile auszuschließen ist. Die in Figur 12 gepunktet

dargestellte Kurve symbolisiert den Verlauf der am Nockenstück 7 ausgebildeten Nockenbahnen 21 , 22 gemäß den Figuren 2 und 3 mit ihren in Längsrichtung der Nockenwelle 4 wirksamen Hubprofilen als Abwicklung über dem Nockenwellenwinkel. Dabei ist jedes der Hubprofile aus einer ansteigenden Flanke 64, einer abfallenden Flanke 65 und zwischen den Flanken 64, 65 verlaufenden Rastbahnen 66 zusammengesetzt. Die sich in Eingriff mit den Nockenbahnen 21 , 22 befindliche Stößelstange 23 kann während des umschaltfreien Betriebs der Brennkraftmaschine 2 axial frei oszillieren und führt während jeder Nockenwellenumdrehung einen den ansteigenden Flanken 64 entsprechenden Axial- hub in der eingezeichneten Plus-Richtung sowie einen den abfallenden Flanken 65 entsprechenden Axialhub entgegen der Plus-Richtung aus.

Wie es in den Figuren 12a-12c dargestellt ist, erfolgt ein sukzessives Umschalten von der in den Figuren rechten zur linken Axialposition des Nockenstücks 7 durch zeitlich getaktete Betätigung der Feststelleinrichtung 15 und folglich durch getaktete Klemmung der Stößelstange 23 während der in Plus-Richtung ansteigenden Flanken 64. Diese Klemmphase ist in Figur 12 durch den mit durchgezogener Linie dargestellten Verlauf verdeutlicht und führt zu einem axialen Abstoßen des Nockenstücks 7 gegenüber der dann in der Brennkraftmaschine 2 ortsfest gehaltenen Stößelstange 23 in die nächste Axialposition.

Wie vorstehend erläutert, dient die ebenfalls eingezeichnete Axialrastiereinrich- tung 39 sowohl dem sicheren Halten des Nockenstücks 7 in dessen einzelnen Axialpositionen als auch der permanenten Verdrehsicherung der Lagerbuchse 19. Die in 12b dargestellte Ausgangsposition für einen weiteren Umschaltvorgang des Nockenstücks 7 ist nach einer vollen Nockenwellenumdrehung erreicht, nachdem die Stößelstange 23 während der in Plus-Richtung abfallenden Flanken 65 ungeklemmt von rechts nach links zurückgeführt worden ist. Da sich die Stößelstange 23 auf den zwischen den Flanken 64, 65 verlaufenden Rast- bahnen 66 idealerweise in Ruhe befindet, können die An- und Ausschaltzeitpunkte für die Betätigung der Feststelleinrichtung 15 problemlos auf die momentan in Eingriff befindlichen Rastbahnen 66 gelegt werden. Die nach einem

weiteren Umschaltvorgang erreichte Axialposition des Nockenstücks 7 gemäß Figur 12c ist identisch mit dem in Figur 13a dargestellten Ausgangszustand für die in umgekehrter Richtung von links nach rechts erfolgenden Schaltvorgänge Nockenstücks 7 in dessen Axialpositionen gemäß den Figuren 13b und 13c.

Das Zurückschalten erfolgt in zu den vorherigen Ausführungen analoger Weise durch axiales Abstoßen des Nockenstücks 7 an der getaktet geklemmten Stößelstange 23. Wie aus Figur 13 ersichtlich, erfolgt die Klemmung der Stößelstange 23 dann jedoch nicht an den ansteigenden Flanken 64, sondern an den abfallenden Flanken 65, so dass die Stößelstange 23 während der ansteigenden Flanken 64 jeweils ungeklemmt von links nach rechts zurückgeführt wird.

Wie in den Figuren 2 und 1 1 dargestellt, sind die Stirnflächen 24 der Stößelstange 23 durch Kugeln 67 gebildet, die in beidenends der Stößelstange 23 angeformten Gelenkpfannen 68 drehbar gelagert sind. Hierdurch wird die zwischen den Stirnflächen 24 und den Nockenbahnen 21 , 22 auftretende Kontaktreibung gegenüber einer in sich starren Stößelstange deutlich reduziert. Wie es darüber hinaus auch in den Figuren 2 und 3 erkennbar ist, können gleichzeitig verschleißfördernde Kontaktpressungen zwischen den Kugeln 67 und den No- ckenbahnen 21 , 22 dadurch reduziert werden, dass die Nockenbahnen 21 , 22 im Längsschnitt ein zu den Kugeln 67 im wesentlichen komplementäres Profil aufweisen. In diesem Zusammenhang sei auch darauf hingewiesen, dass unter dem beanspruchten Merkmal, wonach die einander zugewandten Hubprofile der Nockenbahnen 21 , 22 einen über deren Umfang im wesentlichen konstan- ten Abstand aufweisen sollen, streng genommen nicht der geometrische, sondern vielmehr der auf die Stößelstange 23 bezogene Abstand zu verstehen ist. Als bezogener Abstand ist derjenige axiale Abstand zwischen den Nockenbahnen 21 , 22 bezeichnet, der unter Berücksichtigung der an den Flanken 64, 65 auswandernden Kontaktpunkte der Stirnflächen 24 der Stößelstange 23 zu ei- nem über dem Umfang der Nockenbahnen 21 , 22 konstanten Axialspiel der Stößelstange 23 führt.

Liste der Bezugszahlen

1 Zylinderkopf

2 Brennkraftmaschine

3 Ventiltrieb

4 Nockenwelle

5 Außenlängsverzahnung

6 Antriebswelle

7 Nockenstück

8 Innenlängsverzahnung

9 Nockenwellenlagerstelle

10 Nockengruppe

10a-c Nocken

11 Nockengruppe

11 a-c Nocken

12 Nockenfolger

13 Abstützelement

14 Gaswechselventil

15 Feststelleinrichtung

16 Betätigungseinrichtung

17 Lagerzapfen

18 Innenmantelfläche

19 Lagerbuchse

20 Gleitlager

21 Nockenbahn

22 Nockenbahn

23 Stößelstange

24 Stirnfläche

25 Längsausnehmung

26 Boden der Längsausnehmung

27 Endabschnitt

28 Aufnahmeöffnung

29 Verschraubungspunkt

30 untere Halbschale der Nockenwellenlagerstelle

31 Versorgungskanal

32 Ausnehmung 33 Rückschlagventil

34 Verteilerleitung

35 Versorgungsbohrung

36 Längsbohrung für die Stößelstange

37 Einsatzteil 38 Rastkontur

39 Axialrastiereinrichtung

40 Gehäuse

41 erste Längsbohrung

42 Piezostapelelement 43 Verschlussstopfen

44 Schieber

45 zweite Längsbohrung

46 Dichtring

47 dritte Längsbohrung 48 Boden der dritten Längsbohrung

49 Druckfedermittel

50 Druckstück

51 Druckstückaufnahme

52 übergangskontur 53 Hubübertragungsfläche

54 Kopfstück des Schiebers

55 zylindrischer Bolzen

56 Druckfedermittel

57 Ringstirnfläche 58 Grund der ersten Längsbohrung

59 Durchführung

60 Außenmantelfläche der Stößelstange

Stirnfläche des zylindrischen Bolzens Klemmfläche a-c Gaswechselventilhub ansteigende Flanke abfallende Flanke Rastbahn Kugel Gelenkpfanne