Ventiltrieb für eine Brennkraftmaschine

Die Erfindung betrifft einen Ventiltrieb für Brennkraftmaschinen mit den im Oberbegriff des Patentanspruches 1 genannten Merkmalen.

Aus der DE 100 54 623 A1 ist ein variabler Ventiltrieb für Brennkraftmaschinen vorbekannt, bei dem drehfest auf einer Nockenwelle ein Nockenpaket mit mindestens zwei unterschiedlichen Nocken angeordnet ist. Das Nockenpaket ist durch ein Stellelement in Zusammenwirken mit einer Kulissenbahn axial verschiebbar auf der Nockenwelle angeordnet. Durch Verschieben des Nockenpakets ist jeweils eine andere Nockenkontur des Nockenpakets zur Betätigung des Gaswechselventils in Eingriff bringbar. Durch die unterschiedlich in Eingriff bringbaren Nockenkonturen kann der Ventilhub und/oder die Ventilsteuerzeiten unterschiedlich eingestellt werden.

Aus der DE 42 28 796 A1 ist ebenfalls ein variabler Ventiltrieb für Brennkraftmaschinen vorbekannt, bei dem zur Verstellung des Ventilhubs und/oder der Ventilsteuerzeiten das Gaswechselventil mit unterschiedlichen Nockenkonturen betrieben wird. Dabei ist auf der Nockenwelle ein Nocken drehbar und der andere Nocken fest auf der Nockenwelle angeordnet. Im Volllastbereich der Brennkraftmaschine steuert eine elektronische Steuerung über ein Sperrventil Drucköl in eine Hydraulikkammer des feststehenden Nockens und verschiebt dabei entsprechende Kolben, wodurch der Festnocken mit dem auf der Nockenwelle drehbar gelagerten Nocken formschlüssig gekoppelt wird. Der formschlüssig angekoppelte Nocken betätigt mit relativ großem Hub ü- ber einen Stößel die jeweiligen Gaswechselventile. Im Teillastbereich bei abgeschaltetem öldruck erfolgt eine Trennung der beiden miteinander gekoppelten Nocken. Der Festnocken mit kleinem Hub betätigt den Stößel, während der auf der Nockenwelle drehbar gelagerte Nocken entkoppelt ist und die Nockenwelle frei in dieser Nocke rotiert.

Nachteilig bei diesen Lösungen ist, dass nur eine begrenzte Anzahl von Schaltstufen zum Betreiben der Gaswechselventile zur Verfügung steht. Bei der Lösung gemäß der DE 100 54 623 A1 ist durch Anordnung eines zusätzlichen Nockens eine weitere Schaltstufe realisierbar. Ein weiterer Nocken bedeutet einen zusätzlichen Platzbedarf hinsichtlich der Bauraumlänge. Diese ist aber bei kompakt bauenden Motoren mit klei-

nem Zylinderabstand nicht bzw. sehr eingeschränkt vorhanden. Außerdem müssten durch den weiteren Nocken zusätzliche Massen bewegt werden.

Der Erfindung liegt die Aufgabe zugrunde, einen Ventiltrieb für eine Brennkraftmaschine der gattungsgemäßen Art zu schaffen, mit dem Ventilhub und/oder die Ventilsteuerzeiten in einer zusätzlichen Schaltstufe einstellbar sind und der sich durch eine platzsparende und einfache Ausführung auszeichnet.

Diese Aufgabe wird erfindungsgemäß durch die kennzeichnenden Merkmale des Patentanspruches 1 gelöst.

Bei einem Ventiltrieb für eine Brennkraftmaschine, mit mindestens einem auf einer Nockenwelle axial verschiebbaren Nockenpaket, bestehend aus mindestens zwei mit unterschiedlichen Profilen versehenen Nocken, die wahlweise mindestens ein Gaswechselventil zur Einstellung von unterschiedlichen Ventilhüben und/oder Ventilsteuerzeiten betätigen, ist erfindungsgemäß ein Nocken drehfest mit der Nockenwelle verbunden und der andere Nocken drehbar auf der Nockenwelle gelagert. Der drehbar auf der Nockenwelle gelagerte Nocken ist über einen steuerbaren Vor- und Hauptverriegelungskolben formschlüssig mit dem drehfest auf der Nockenwelle angeordneten Nocken verbindbar und trennbar. Der drehfeste Nocken besitzt eine größere Profilhöhe als der drehbar gelagerte Nocken. Die größere Profilhöhe ist für einen relativ großen Hub des Gaswechselventils ausgelegt, während die geringere Nockenprofilhöhe für kleine Hubhöhen ausgelegt ist. Durch Verschieben des Nockenpakets kann bei gekoppeltem Nocken entweder der Nocken mit der großen oder der kleinen Profilhöhe mit dem Gaswechselventil in Eingriff gebracht werden. Bei einem Eingriff des Nockens mit der geringeren Profilhöhe kann durch Entkoppeln des drehbaren Nockens von dem drehfest auf der Nockenwelle angeordneten Nocken ein Nullhub des Gaswechselventils eingestellt werden. Der drehbar gelagerte Nocken wird nicht mehr vom drehfesten Nocken mitgenommen und ist somit gegenüber dem Gaswechselventil inaktiv.

Der Vorteil der erfindungsgemäßen Lösung besteht darin, dass bei einem schaltbaren Nockenpaket der im Einsatz stehende, minimale Nocken vom Antrieb abgekoppelt werden kann und dadurch der Nocken nicht mit dem Gaswechselventil in Wirkverbindung steht. Durch diese Lösung kann bei gleichem Platzbedarf eine Schaltstufe zur

Betätigung der Ventile mehr realisiert werden. Damit können die Ventile mit einem maximalen und minimalen sowie mit einem stillgelegten Hub und/oder Ventilöffnungszeiten betrieben werden.

Durch Anordnung eines gesteuert verschiebbaren Vorverriegelungskolbens in einer Sacklochbohrung, die im Grundkreis des drehfest mit der Nockenwelle verbundenen Nockens angeordnet ist, kann durch Verschieben des Vorverriegelungskolbens der drehfest mit der Nockenwelle verbundene Nocken mit dem auf der Nockenwelle drehbar gelagerten Nocken in und außer Eingriff gebracht werden. Dabei spurt der Vorverriegelungskolben beim Verriegeln der beiden Nocken miteinander in eine nutförmige Führung, die im Grundkreis des drehbar auf der Nockenwelle gelagerten Nockens angeordnet ist. Danach erfolgt eine Verriegelung durch einen Hauptverriegelungskolben, der im Nockenbereich des drehfesten Nockens in einer Sacklochbohrung steuerbar verschiebbar gelagert ist.

Der Vorteil der Anordnung eines Vor- und Hauptverriegelungskolbens besteht darin, dass aufgrund der um ca. 180° angeordneten, nutförmigen Führung ein sicheres Einspuren des Vorverriegelungskolbens beim Verriegelungsvorgang erreicht wird. Durch Mitnahme des drehbar gelagerten Nockens durch den Vorverriegelungskolben kann danach der Hauptverriegelungskolben sicher in die Bohrung des drehbaren Nockens einrasten.

Weitere vorteilhafte Ausgestaltungen sind in den Unteransprüchen beschrieben, sie werden in der Beschreibung zusammen mit ihren Wirkungen erläutert.

Anhand von Zeichnungen wird die Erfindung nachfolgend an Ausführungsbeispielen näher beschrieben. In den dazugehörigen Zeichnungen zeigen:

Fig. 1 : eine schematische Darstellung des erfindungsgemäßen Ventiltriebes im

Schnitt mit verriegeltem Nocken, Fig. 2: einen Schnitt z-z gemäß Figur 1 ,

Fig. 3: einen Schnitt y-y gemäß Figur 2,

Fig. 4: eine schematische Darstellung des erfindungsgemäßen Ventiltriebes im

Schnitt mit entriegeltem Nocken,

Fig. 5: einen Schnitt z-z gemäß Figur 4 und

Fig. 6: einen Schnitt y-y gemäß Figur 5.

In Figur 1 ist ein Längsschnitt des erfindungsgemäßen Ventiltriebes dargestellt. Auf einer Nockenwelle 1 ist axial verschiebbar ein Nockenpaket angeordnet, das aus den Nocken 2 und 3 sowie 2' und 3' besteht. Die Verschiebung des Nockenpakets, die nicht Gegenstand der erfindungsgemäßen Lösung ist, kann beispielsweise entsprechend der in der DE 100 54 623 A1 beschriebenen Vorrichtung erfolgen.

Die Nocken 2 und 2' sowie 3 und 3' weisen jeweils eine gleiche Nockenkontur auf, wobei die Nocken 2 und 2' gegenüber den Nocken 3 und 3' eine größere Profilhöhe für einen maximalen Ventilhub bei einem Volllastbetrieb aufweisen. Die Nocken 3 und 3' sind für einen geringen Hub für den Teillastbetrieb der Brennkraftmaschine ausgelegt. Durch entsprechende Verschiebung des Nockenpakets werden entweder durch die Nocken 2 und 2' oder durch die Nocken 3 und 3' über nicht dargestellte Rollenschlepphebel die beiden Gaseinlassventile eines Zylinders der Brennkraftmaschine betätigt.

Erfindungsgemäß sind die Nocken 2 und 2' drehfest mit der Nockenwelle 1 verbunden, während die Nocken 3 und 3' drehbar auf der Nockenwelle 1 gelagert sind. über einen Vorverriegelungskolben 16; 16' und einen Hauptverriegelungskolben 6, 6' kann der Nocken 3 bzw. 3' mit dem Nocken 2 bzw. 2' gekoppelt und entkoppelt werden.

Der Vorverriegelungskolben 16; 16' ist verschiebbar in einer Sacklochbohrung 17; 17', die im Bereich des Grundkreises 14; 14' des Nockens 2; 2', vorzugsweise in dessen Randbereich, angeordnet ist, gelagert. Im Bereich des Grundkreises 15; 15' des drehbar auf der Nockenwelle 1 gelagerten Nockens 3; 3' ist eine nutförmige Führung 8; 8' angeordnet, mit der der gesteuert verschiebbare Vorverriegelungskolben 16; 16' in und außer Eingriff bringbar ist. Die nutförmige Führung 8; 8' erstreckt sich um ca. 180° im Bereich des Grundkreises 15; 15' des Nockens 3; 3'.

Die Verschiebung des Vorverriegelungskolbens 16; 16' in Richtung der nutförmigen Führung 8; 8' erfolgt regelbar durch öldruck von dem Druckumlauf-Schmierölsystem der Brennkraftmaschine aus Steuerölkanal 11c in einer Stellung gemäß Figur 3. Dazu

mündet in die Sacklochbohrung 17; 17' ein Zuführungskanal, der mit einer in Längsrichtung der Nockenwelle 1 verlaufenden Bohrung 12 verbunden ist. über einen von der Bohrung 12 abzweigenden, radialen Kanal ist somit die Sacklochbohrung 17; 17' mit einem im Lager 5 der Nockenwellei angeordneten Steuerölkanal 11c verbunden. Die Druckölzufuhr zu den Steuerölkanälen 11a; b und c erfolgt über nicht dargestellte, regelbare Sperrventile. Der Schmierölkanal 11a wird permanent mit öldruck beaufschlagt, der Steuerölkanal 11 b wird mit zu- und abschaltbarem öldruck zum Entriegeln der Nocken 3 und 3' versorgt und der Steuerölkanal 11c wird ebenfalls mit zu- und abschaltbarem öldruck zum Verriegeln der Nocken 3 und 3' versorgt. An dem Boden des Vorverriegelungskolbens 16; 16' ist eine Feder 18; 18' angeordnet, die entgegen des zum Verschieben des Vorverriegelungskolbens 16;16' in -Richtung der nutförmigen Führung 8; 8' wirkenden öldrucks wirkt.

Der Hauptverriegelungskolben 6; 6' ist in einer im Bereich des Nockens 2 bzw.2' angeordneten Sacklochbohrung 20; 20' verschiebbar gelagert. Die gesteuerte Verschiebung des Hauptverriegelungskolbens 6; 6' in Richtung des Nockens 3; 3' erfolgt durch eine zwischen dem Boden des Hauptverriegelungskolbens 6; 6' und dem Boden der Sacklochbohrung 20; 20' angeordnete Feder 7; T und ebenfalls durch den regelbaren öldruck von dem Druckumlauf-Schmierölsystem der Brennkraftmaschine aus Steuerölkanal 11c. Dazu ist die Sacklochbohrung 20; 20' im Bereich des Nockens 2; 2' über einen radialen Kanal, eine Nut 9; 9', einen in der Nockenwelle 1 angeordneten, axialen Kanal 12 und einen weiteren in der Nockenwelle 1 angeordneten, radialen Kanal mit einem im Lager 5 angeordneten Steuerölkanal 11c verbunden.

Im Bereich des Nockens 3; 3' ist in Richtung Nocken 2; 2' weisend eine Sacklochbohrung 13; 13' angeordnet, in der verschiebbar ein Dichtkolben 19 angeordnet ist. Die Sacklochbohrung 13; 13' ist über eine in der Nockenwelle 1 angeordnete, radiale Bohrung 10; 10', den in der Nockenwelle 1 angeordneten, axialen Kanal 4 und einen weiteren in der Nockenwelle 1 angeordneten, radialen Kanal mit einem Steuerölkanal 11b der steuerbaren Druckölversorgung in einer Stellung gemäß Figur 4 verbunden.

Die Wirkungsweise des erfindungsgemäßen Ventiltriebs für Brennkraftmaschinen ist folgende:

Beim Volllastbetrieb wurde durch die nicht dargestellte Verstelleinrichtung das Nockenpaket auf der Nockenwelle 1 derart verschoben, dass die beiden mit dem größeren Nockenprofil versehenen Nocken 2; 2' über entsprechende Schlepphebel mit den Einlassventilen in Eingriff stehen. Der drehbar auf der Nockenwelle 1 gelagerte Nocken 3; 3' ist dabei mit den drehfest auf der Nockenwelle 1 angeordneten Nocken 2; 2' formschlüssig verbunden. Dabei liegt an dem Boden des Vorverriegelungskolbens 16; 16' ein entsprechender öldruck an, der den Vorverriegelungskolben 16; 16' in die nut- förmige Führung 8; 8' des Nockens 3; 3' verschoben hat. Bei einer verriegelten Stellung des Nockens 3; 3' mit dem Nocken 2; 2' liegt der Vorverriegelungskolben 16; 16' an der in Drehrichtung der Nockenwelle 1 gesehenen, äußeren Begrenzung der Führung 8; 8' an. Der Hauptverriegelungskolben 6; 6' wurde aufgrund des auf den Hauptverriegelungskolben 6; 6' einwirkenden öldrucks teilweise in die Sacklochbohrung 13; 13' des Nockens 3; 3' verschoben, so dass über den Hauptverriegelungskolben 6; 6' ein formschlüssiger Kontakt zwischen dem Nocken 3; 3' und dem Nocken 2; 2' besteht.

Bei einem Teillastbetrieb der Brennkraftmaschine wird über die Verstelleinrichtung das Nockenpaket auf der Nockenwelle 1 derart verschoben, dass die beiden mit dem kleineren Nockenprofil versehenen Nocken 3; 3' über entsprechende Schlepphebel mit den Einlassventilen in Eingriff stehen. Durch die Verriegelung des Nockens 3; 3' mit dem Nocken 2; 2' wird der Nocken 3; 3' durch die Nockenwelle 1 angetrieben. Die Erhaltung der Verriegelung erfolgt gemäß Figur 3 über Steuerölkanal 11c.

Um einen Nullhub bzw. eine Zylinderabschaltung zu realisieren, erfolgt eine Trennung der Verbindung zwischen dem Nocken 3; 3' und dem Nocken 2; 2'. Dabei wird durch eine regelbare Steuereinrichtung der auf den Steuerölkanal 11c vorliegende öldruck abgeschaltet. Durch die Feder 18; 18' wird der Vorverriegelungskolben 16; 16' in die Sacklochbohrung 17; 17' zurückgezogen. Gleichzeitig wird der Steuerölkanal 11b und dadurch die Sacklochbohrungen 13; 13' mit Drucköl beaufschlagt. Der öldruck verschiebt den Dichtkolben 19; 19' und somit den Hauptverriegelungskolben 6; 6' bis dieser sich vollständig in der Sacklochbohrung 20; 20' des Nockens 2; 2' befindet. Der Nocken 3; 3' ist somit entriegelt und der Nocken 3; 3' wird nicht mehr von der Nockenwelle 1 angetrieben. Die Figuren 4, 5 und 6 zeigen den erfindungsgemäßen Ventiltrieb im entriegelten Zustand in den jeweiligen drei Schnittdarstellungen.

Durch entsprechende Ausführung der ölsteuerkanäle oder Anordnung von Ventilen innerhalb des Steuerölkreislaufes ist es möglich, Nocken 3 oder 3' separat und unabhängig voneinander zu entriegeln. Die Anordnung der Nockenverriegelung ist auch so ausführbar, dass die beschriebene Schaltung nur an einem Nocken 3 oder 3' ausgeführt wird.

Werden die stillgelegten Ventile wieder zugeschaltet, erfolgt in Abhängigkeit von den motorspezifischen Parametern wieder eine Kopplung des Nockens 3; 3' mit dem Nocken 2; 2'. über einen Steuerölkanal 11c wird der Sacklochbohrung 17; 17' und der Sacklochbohrung 20; 20' Drucköl zugeführt. Der Vorverriegelungskolben 13; 13' wird durch den öldruck in Richtung Nocken 3; 3' verschoben und kann in die nutförmige Führung 8; 8' einspuren. Dadurch, dass sich die Führung 8; 8' um ca. 180° im Bereich des Grundkreises 15; 15' erstreckt, erfolgt ein sicheres Einspuren des Vorverriegelungskolbens 16; 16' beim Verriegelungsvorgang. Nach dem Einspuren des Vorverriegelungskolbens 16; 16' in die Führung 8; 8' wird der Nocken 3; 3' von dem Vorverriegelungskolben 16; 16' mitgenommen. Durch die Kraft der Feder 7; T und den am Hauptverriegelungskolben 6; 6' anliegenden öldruck wird der Hauptverriegelungskolben 6; 6' bei einer axialen Fluchtung der Sacklochbohrung 20; 20' und der Sacklochbohrung 13; 13' in die Sacklochbohrung 13; 13' verschoben. Der Verriegelungspro- zess ist damit beendet. Die Figuren 1 , 2 und 3 zeigen den erfindungsgemäßen Ventiltrieb im verriegelten Zustand in den jeweiligen drei Schnittdarstellungen.

Eine Sicherheitsverriegelung der nicht im Eingriff mit einem Rollenschlepphebel befindlichen Nocken 3 und 3' erfolgt über permanente Druckölversorgung der Verriegelungskolben 6; 6' und 16;16' über Schmierölkanal 11a .

Aufstellung der verwendeten Bezugszeichen

1 Nockenwelle

2 Nocken

3 Nocken

4 Kanal

5 Lager

6 Hauptverriegelungskolben

7 Feder

8 Führung

9 Nut

10 radiale Bohrung

11a Schmierölkanal, permanent mit öldruck beaufschlagt

11b Steuerölkanal, öldruck zu- und abschaltbar, zum Entriegeln der Nocken 3 und 3'

11c Steuerölkanal, öldruck zu- und abschaltbar, zum Verriegeln der Nocken 3 und 3'

12 Bohrung

13 Sacklochbohrung

14 Grundkreis des Nockens 2

15 Grundkreis des Nockens 3

16 Vorverriegelungskolben

17 Sacklochbohrung

18 Feder

19 Dichtkolben

20 Sacklochbohrung