Bezeichnung der Erfindung

Ventiltrieb für eine Brennkraftmaschine

Beschreibung

Gebiet der Erfindung

Die Erfindung betrifft einen Ventiltrieb für eine Brennkraftmaschine, bei dem ein axial verschieblicher Nocken mit zwei Nockenbahnen auf einen Hebel einwirkt, der ein Ventil der Brennkraftmaschine betätigt.

Hintergrund der Erfindung

Aus DE 196 11 641 C1 ist eine Nockenwelle bekannt, auf der axial in drei Rastpositionen verschieblich ein Nocken mit drei axial nebeneinander liegenden Nockenbahnen mit unterschiedlichen Hubprofilen angeordnet ist. In den drei Rastpositionen wirkt ein Schlepphebel jeweils mit einer Nockenbahn zur Betätigung eines Gaswechselventils zusammen. Ein Wechsel einer Nockenbahn und damit ein Wechsel von einer Rastposition zu einer anderen Rastposition erfolgt über radial betätigbare Stifte, die in Umfangsrichtung des Nockens verlaufende Nuten eintreten können, wobei die Nuten eine axiale Komponente zur Herbeiführung der Axialbewegung des Nockens aufweisen.

Aufgabe der Erfindung

Der vorliegenden Erfindung liegt die Aufgabe zugrunde, einen Ventiltrieb mit verbesserten Möglichkeiten zur Beeinflussung des Hubprofils unter Beachtung der Bauraumanforderungen vorzuschlagen.

Zusammenfassung der Erfindung

Erfindungsgemäß wird die Aufgabe durch die Merkmale des unabhängigen Pa-

tentanspruchs 1 gelöst. Weitere Ausgestaltungen der Erfindung ergeben sich entsprechend den Merkmalen der abhängigen Patentansprüche 2 bis 6.

Erfindungsgemäß wird die Hubbewegung eines Ventils einer Brennkraftmaschi- ne, also dessen Phasenlage und/oder der Hub als Funktion des Drehwinkels, durch einen Hebel, insbesondere einen (Rollen)Schlepphebel oder auch einen Kipphebel, vorgegeben. Der Erfindung liegt die Erkenntnis zugrunde, dass die Lage eines Anbindungspunktes für das Ventil an dem Hebel von der Lage von zwei charakteristischen Punkten des Hebels, nämlich einerseits dem Kontakt- punkt des Hebels an einer Nockenbahn und andererseits an einem Abstützpunkt, der einen Lagerpunkt bildet, abhängt. Erfindungsgemäß wird nicht lediglich auf einen der vorgenannten charakteristischen Punkte eingewirkt, sondern auf beide charakteristischen Punkte, nämlich den Abstützpunkt des Hebels einerseits und die wirksame Nockenbahn andererseits, wodurch sich verbesserte Möglichkeiten für eine Veränderung des Hubprofils ergeben:

Gemäß einer ersten Möglichkeit ist der Abstütz- oder Lagerpunkt ungefähr ortsfest angeordnet, während eine Verschwenkung des Hebels in Folge des Nockens erfolgt. Da der Nocken axial verschieblich ist, so dass in einer ersten axialen Position eine erste Nockenbahn wirksam ist und in einer zweiten axialen Position eine zweite Nockenbahn wirksam ist, sind für diese erste Möglichkeit bereits zwei unterschiedliche Hubprofile möglich, die sich hinsichtlich des Hubverlaufes und/oder des Phasenwinkels voneinander unterscheiden können.

Entsprechend einer zweiten Möglichkeit kann eine Superposition von zwei Bewegungen, nämlich einerseits in Folge der Stellbewegung, die durch den Nocken erzielt wird, und andererseits in Folge einer Bewegung des Abstützpunktes, erzielt werden. Durch eine geeignete Beein- flussung des Abstützpunktes kann der durch den Nocken hervorgerufene Hub vergrößert oder verkleinert werden. Hierbei kann dieselbe Bewegung des Abstützpunktes (oder eine abweichende Bewegung des Abstützpunktes) in Verbindung sowohl mit der ersten Nockenbahn als

auch mit der zweiten Nockenbahn eingesetzt werden.

Für eine Bewegung des Abstützpunktes ist eine Bewegung zwischen unterschiedlichen, diskreten und für mehrere Umläufe der Nockenwelle wirksamen Positionen möglich. Alternativ oder zusätzlich ist eine mit einem Umlauf der Nockenwelle variable Position des Abstützpunktes möglich, die sich durch aktive Stellmittel oder durch passive Elemente ergeben kann.

Gemäß einer bevorzugten Ausgestaltung der Erfindung ist der Abstützpunkt mit einem Abstützelement gebildet, welches schaltbar ist mit einer ersten Schaltstellung, in der der Abstützpunkt fest ist, und mit einer zweiten Schaltstellung, in der der Abstützpunkt während einer Drehung der Nockenwelle bewegbar ist. In der ersten Schaltstellung wird damit im wesentlichen in der ersten axialen Position des Nockens die Bewegung des Hebels und damit das Hubprofil des Ven- tils vorrangig von der ersten Nockenbahn vorgegeben, während in der zweiten axialen Position die zweite Nockenbahn das Hubprofil bestimmt. Hingegen ergibt sich in der zweiten Schaltstellung das Hubprofil durch eine Superposition der Bewegungen des Abstützpunktes und der jeweils wirksamen Nockenbahn.

Zusätzlich zu den vorgenannten Freiheitsgraden und Stellmöglichkeiten kann gemäß einer weiteren Ausgestaltung der Erfindung das Abstützelement ein Ventilspielausgleichselement aufweisen, welches nicht einer Veränderung des Hubprofiles dient, sondern dem Ausgleich eines unerwünschten Spieles.

Eine weitere Ausgestaltung der Erfindung ist von besonderer Bedeutung im Zusammenhang mit einer Deaktivierung des Ventils, insbesondere in Verbindung mit einer Zylinderabschaltung. In diesem Fall soll das Ventil in seiner Schließstellung verharren. Erfindungsgemäß wird zur Herbeiführung eines derartigen ruhenden Ventils trotz eines rotierenden Nockens zunächst die Nocken- bahn ausgewählt, die den kleinsten Hub aufweist. Außerdem wird das Abstützelement in die zweite Schaltstellung verbracht, in der der Abstützpunkt während einer Drehung der Nockenwelle bewegbar ist. Demgemäß gibt nach dieser Ausgestaltung der Abstützpunkt entsprechend der Drehung der Nockenbahn

und dessen Hub geeignet nach, so dass der Hebel in diesem Fall um den An- bindungspunkt des Ventils verschwenkt. Dieser so genannte "Leerhub" des Abstützelements ist dabei derart dimensioniert, dass während eines Umlaufs um die zugeordnete Nockenbahn der Abstϋtzpunkt um ungefähr den Leerhub in eine Richtung und dann wieder zurück bewegt wird, während das Ventil zumindest weitestgehend unbewegt bleibt.

Damit, dass ein derartiger Leerhub eines Abstützelementes verbunden wird mit einem axial verlagerbaren Nocken mit Nockenbahnen unterschiedlicher Hübe, kann der Leerhub des Abstützelements gegenüber vergleichbaren, einen Leerhub aufweisenden Abstützelementen in Verbindung mit axial nicht verlagerbaren Nocken mit nur einer Nockenbahn verringert werden. Dies hat eine verringerte Längserstreckung des Abstützelements zur Folge, was bei den beengten Einbauverhältnissen im Bereich eines Zylinderkopfes von entscheidendem Vor- teil sein kann.

Weiterhin kann erfindungsgemäß die Nockenbahn mit einem kleineren Hub einerseits mit dem Abstützelement in der ersten Schaltstellung, also mit ungefähr festem Abstützpunkt, betrieben werden, was sich beispielsweise für einen Betrieb der Brennkraftmaschine mit verringerter Leistung, verringertem Drehmoment und/oder verringerter Drehzahl eignen kann. Mit derselben Nockenbahn, aber mit dem Abstützelement in der zweiten Schaltstellung kann weiterhin auf einfache Weise eine Zylinderabschaltung bewirkt werden.

Für eine weitere erfindungsgemäße Ausgestaltung des Ventiltriebes ist eine Steuereinrichtung (bzw. Regeleinrichtung) vorgesehen, die auf geeignete Aktu- atoren einwirkt, die einerseits die axiale Position des Nockens beeinflussen und vorgeben können sowie andererseits das Abstützelement in die jeweiligen Schaltstellungen überführen können. Die Steuereinrichtung sowie die Aktuato- ren können hierbei beliebig ausgebildet sein, beispielsweise elektrisch, elektromagnetisch, hydraulisch und/oder über geeignete CPUs angesteuert werden. Die Ansteuerung der Aktuatoren erfolgt derart, dass in einer ersten Betriebsphase das Abstützelement festgesetzt ist, während in dem Nocken eine erste

Nockenbahn, vorzugsweise mit einem großen Hubprofil, wirksam ist. In einer zweiten Betriebsphase ist ebenfalls das Abstützelement festgesetzt, während bei den Nocken die andere Nockenbahn, beispielsweise die Nockenbahn mit kleinerem Hub, wirksam ist. Für eine Veränderung des Hubes bei wirksamer zweiter Nockenbahn, insbesondere für einen Nullhub kann in einer dritten Betriebsphase das Abstützelement in die zweite Schaltstellung verbracht werden, so dass neben der Bewegung des Kontaktpunktes zwischen Hebel und Nockenbahn auch der Abstützpunkt des Hebels an dem Abstützelement veränderlich ist.

Eine besonders kompakte Einrichtung zur Ansteuerung mehrerer Ventile kann dadurch bereitgestellt werden, dass zwei Nocken mit jeweils zwei Nockenbahnen gemeinsam verschieblich sind, beispielsweise indem die beiden Nocken starr miteinander verbunden sind. Durch eine derartige gemeinsame Verschie- bung der Nocken können einerseits die an den zugeordneten Ventilen wirksamen Nockenbahnen besonders zuverlässig miteinander korreliert werden. Weiterhin kann der Aufwand für die Aktuatoren zur Beeinflussung der axialen Position der Nocken reduziert werden, da nicht für jeden Nocken zwingend ein separater Aktuator erforderlich ist.

Für Rollenschlepphebel gemäß dem Stand der Technik, die mit nicht axial verschieblichen Nocken mit lediglich einer Nockenbahn zusammenwirken, ist eine Zylinderabschaltung oder ein gewünschter verringerter Hub lediglich herbeiführbar, wenn der Abstützpunkt im Bereich zwischen 6 und 12 mm ver- schieblich ist. Durch die erfindungsgemäße Superposition der Bewegung des Abstützelementes einerseits und den unterschiedlichen Nockenbahnen andererseits kann ein Abstützelement Einsatz finden, welches lediglich weniger als 5 mm verschieblich ist, vorzugsweise 2 bis 4 mm und insbesondere 2,5 bis 3,5 mm.

Kurze Beschreibung der Zeichnungen

Weitere Merkmale der Erfindung ergeben sich aus der folgenden Beschreibung

und den zugehörigen Zeichnungen, in denen Ausführungsbeispiele der Erfindung schematisch dargestellt sind. Es zeigen:

Figur 1 einen Rollenschlepphebel, der in einem Endbereich ein Ventil be- tätigt, mittig mit einer Nockenbahn über eine Rolle in Wirkverbindung steht und in einem anderen Endbereich über ein Abstützelement gelagert ist;

Figur 2 eine räumliche Darstellung einer Nockenwelle mit axial ver- schieblichen Nocken und über Abstützelemente abgestützten Rollenschlepphebeln.

Ausführliche Beschreibung der Erfindung

Figur 1 zeigt einen Ventiltrieb 10, in dem ein Hebel 11 in einem Endbereich 12 in Wirkverbindung mit einem Ventil 13 steht, so dass das Ventil 13 nach Maßgabe der Bewegung und Verschwenkung des Hebels 11 eine öffnungs- und Schließbewegung ausführt. In dem dem Endbereich 12 gegenüberliegenden Endbereich 14 ist der Hebel 11 in einem Abstützpunkt 15 gegenüber einem Abstützelement 16 abgestützt. Zwischen den Endbereichen 12, 14 wirkt auf den Hebel 11 ein Nocken 17, hier unter Zwischenschaltung einer Rolle 18. Die Position des Endbereiches 12 und damit die Stellung des Ventiles 13 kann über eine Veränderung des Abstandes eines Kontaktpunktes 19 einer Nockenbahn 20 von der Längsachse 21 einer zugeordneten Nockenwelle 22 und/oder über eine Bewegung des Abstützpunktes 15 in Folge einer Veränderung des Abstützelementes 16 verändert werden.

Figur 2 zeigt eine Nockenwelle 22, über die sechs Ventile 13 angesteuert werden, von denen insbesondere jeweils zwei Ventile einem Brennraum als Ein- lass- oder Auslassventile zugeordnet sind. Jedem Ventil ist jeweils ein Hebel 11 und ein Abstützelement 16 entsprechend Figur 1 zugeordnet.

Jeweils zwei Nocken 17, 23 sind über einen Verbindungsbereich 24 starr miteinander verbunden und axial in Richtung der Längsachse 21 -21 gegenüber der Nockenwelle 22 verschieblich, aber in Umfangsrichtung formschlüssig mit dieser verbunden. Jeder Nocken 17, 23 besitzt eine erste Nockenbahn 25 sowie eine zweite Nockenbahn 26, die in axialer Richtung, also in Richtung der Längsachse 21 -21 , unmittelbar aneinander angrenzen und unterschiedliche Hubprofile aufweisen, insbesondere unterschiedliche Hubverläufe, unterschiedliche maximale Hübe und unterschiedliche Phasenwinkel.

Zur axialen Verschiebung der mit den Nocken 17, 23 und dem Verbindungsbereich 24 gebildeten axial verschieblichen Baueinheit wirken in den Endbereichen auf die Baueinheiten zwei Aktuatoren 27, 28 ein. Die Aktuatoren 27, 28 besitzen quer zur Längsachse 21 ein- und ausfahrbare Stifte 29, 30, die in ausgefahrenem Zustand in in den Endbereichen der vorgenannten Baueinheit an- geordnete Kulissen oder Nuten 31 , 32 eintreten können, wobei die Nuten 31 , 32 nicht vollständig in Umfangsrichtung orientiert sind, sondern geringfügig in axialer Richtung geneigt sind, wodurch ein Axialhub bewirkt wird.

Für eine Bereitstellung einer axialen Verschieblichkeit des Nockens kann eine beliebige Ausgestaltung eingesetzt werden, die die Nutzung unterschiedlicher Nockenbahnen durch denselben Hebel in Folge einer axialen Verschiebung des Nockens, der Nockenbahn oder der Nockenwelle selber beinhaltet.

Lediglich beispielhaft wird auf folgende Ausgestaltungsmöglichkeiten für die axiale Verschieblichkeit des Nockens hingewiesen:

Möglich ist eine Ausgestaltung entsprechend der eingangs erwähnten DE 196 11 641 mit einer Rasteinrichtung zur Festlegung der axialen Po- sition, drei nebeneinander liegenden Nockenbahnen und zwei gegenläufigen Nuten zur Ermöglichung des Axialhubes mit vier radial betätigten Stiften.

Möglich ist ebenfalls gemäß DE 199 45 340 A1 , dass eine Nockenbahn mit einem Nullhubnocken Einsatz findet. Weiterhin kann gemäß dieser Druckschrift der Aktuator zur Betätigung des Führungsstiftes mit dem Führungsstift in dem Nockenfolger integriert sein.

Gemäß DE 101 48 177 A1 können sich kreuzende Verschiebenuten für unterschiedliche axiale Hubrichtungen eingesetzt werden, in die für einen Hub in beide axiale Richtungen lediglich ein einziger Stift eingebracht wird.

Entsprechend DE 101 48 179 A1 kann eine Lagerung der Nockenwelle, gegenüber welcher die Baueinheit verschieblich ist, über die Mantelfläche der Baueinheit erfolgen, wobei in diesem Fall die Lagerung als axial verschieblich, reine radiale Lagerung ausgebildet ist. Vorzugsweise wird eine Mantelfläche zwischen zwei Nocken der Baueinheit ausgenützt, wobei ein geeigneter Verschiebeweg im Bereich dieser Mantelfläche vorzusehen ist.

Ergänzend kann gemäß DE 101 48 243 A1 im Bereich des vorgenannten Lagers auch eine Rastierung der Baueinheit im Bereich des Lagers erfolgen, wobei das Lager die Baueinheit gegenüber dem Zylinderkopf abstützt.

- Ebenfalls möglich ist gemäß DE 103 30 871 A1 die kombinierte Verwendung einer axialen Verstellung eines Nockens mit einem Nockenwellen- versteller, mittels welchem die Phase der Nockenwelle verändert werden kann, insbesondere in Bauform als Einfach- oder Doppelinnenexzentergetriebe, als Taumel-, Wolfrom-, Planeten-, Harmonic-Drive, Kegelrad- oder Schneckengetriebe.

Hinsichtlich einer Beeinflussung der Position des Abstützpunktes 15 können beliebige Aktuatoren oder Abstützelemente 16 Einsatz finden. Hierbei kann das

Abstützelement 16 neben einer Verschiebung des Abstützpunktes 15 weitere Funktionen übernehmen, beispielsweise ein Ventilspielausgleichselement enthalten.

Lediglich beispielhaft wird auf folgende Ausgestaltungsformen eines Abstützelementes 16 hingewiesen, die im Zuge der Erfindung Einsatz finden können:

Gemäß DE 40 00 531 A1 kann ein hydraulisch beaufschlagter, federbelasteter Kolben entsprechend dem Hydraulikzustand unterschiedliche Positionen und/oder Bewegungen des Abstützpunktes 15 gewährleisten.

Gemäß DE 199 30 573 A1 kann ein auf drei unterschiedliche Hubverläufe einstellbares Abstützelement 16 Einsatz finden. Vorzugsweise ist in diesem Fall der Hebel zweiteilig ausgebildet und weist zwei Finger auf. Die Finger liegen an unterschiedlichen Abschnitten des Abstützelementes an, wobei der jeweils wirksame Abschnitt über eine Schaltstange schaltbar ist. Gemäß DE 199 30 574 A1 können die Finger mit unterschiedlichen Nocken, nämlich einem Großhubnocken und einem Kleinhubnocken, zusammenwirken oder aber mit der vorliegenden Erfindung mit unterschiedlichen Nockenbahnen zusammenwirken, so dass auch ohne axiale Verlagerung durch denselben Hebel nach Maßgabe der Schaltstange unterschiedliche Nockenbahnen einsetzbar sind, wobei durch die unterschiedlichen Finger unterschiedliche übertragungsmechanismen zum Ventil wählbar sind.

Gemäß DE 198 19 068 A1 kann ein Abstützelement über ein elektromagnetisches Stellglied über ein Verdrehung so geschaltet werden, dass entweder das Abstützelement festgesetzt ist oder eine Relativbewegung ausführen kann, so dass keine wirksame Abstützung durch das Abstütz- element vorhanden ist.

Gemäß DE 198 38 909 A1 kann ein schaltbares Abstützelement in einer Schaltstellung einen Nullhub gewährleisten, wobei zur Vermeidung von

Fehlschaltungen Sperrmittel eingesetzt sind, die eine Sperrung in Abhängigkeit von einem Schwenkwinkel des Schalthebels bewirken.

Aus DE 199 30 572 A1 ist ein schaltbares Abstützelement bekannt, bei dem eine längsverschiebliche und verdrehbare Schaltstange Einsatz findet, die mit einer Hülse zusammenwirkt, die einen Koppel- und einen Entkoppelabschnitt aufweist, die eine Schaltung des Abstützelementes bewirken. Demgemäß kann eine Schaltung erst dann erfolgen, wenn der mit dem Hebel zusammenwirkende Nocken im Bereich des Grundkreises des Nockens bzw. der Nockenbahn ist.

Ebenfalls kann ein schaltbares Abstützelement gemäß DE 100 55 014 A1 Einsatz finden, bei dem eine äußere und eine innere Verdrehsicherung als ein Bauteil ausgeführt sind.

Ein schaltbares Abstützelement mit verringerter Bauhöhe und einfacher Zuführung eines Hydraulikmittels zu einem Spielausgleichselement ergibt sich aus DE 101 22 373 A1.

- Eine verbesserte hydraulische Beaufschlagung eines schaltbaren Abstützelementes ergibt sich beispielsweise aus DE 103 30510 A1.

- Der Einsatz von Materialien wie glas- oder kohlefaserverstärkter Kunststoff, insbesondere für einen Druckkolben, ist aus DE 103 32 362 A1 bekannt.

Ein weiteres bekanntes schaltbares Abstützelement ergibt sich aus DE 102 47 949 A1.

Erfindungsgemäß kann eine Kombination der zuvor aufgelisteten Ausgestaltungsformen für eine Ermöglichung einer axialen Verschieblichkeit eines No-

ckens zur Aktivierung von zwei Nockenbahnen mit den unterschiedlichen genannten Ausfϋhrungsformen für Abstϋtzelemente erfolgen.

Bezugszeichenliste

10 Ventiltrieb

11 Hebel

12 Endbereich

13 Ventil

14 Endbereich

15 Abstützpunkt

16 Abstϋtzelement

17 Nocken

18 Rolle

19 Kontaktpunkt

20 Nockenbahn

21 Längsachse

22 Nockenwelle

23 Nocken

24 Verbindungsbereich

25 erste Nockenbahn

26 zweite Nockenbahn

27 Aktuator

28 Aktuator

29 Stift

30 Stift

31 Nut

32 Nut