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Die Erfindung betrifft einen Ventiltrieb für Gaswechselventile einer Brennkraftmaschine gemäß dem Oberbegriff des Anspruchs 1.
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Zur Verbesserung der thermodynamischen Eigenschaften von Brennkraftmaschinen sind Ventiltriebe bekannt, bei denen das Arbeitsspiel beeinflusst werden kann, um beispielsweise eine drehzahlabhängige Veränderung der Öffnungszeiten oder des Hubs der Gaswechselventile zu ermöglichen.
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Aus der
EP 1 608 849 B1 ist bereits ein Ventiltrieb der eingangs genannten Art für einen Vierzylinder-Reihenmotor bekannt, bei dem die Einlassventile und die Auslassventile der vier Zylinder mittels einer Einlassnockenwelle bzw. einer Auslassnockenwelle gesteuert werden. Sowohl auf der Einlassnockenwelle und auf der Auslassnockenwelle sind jeweils vier Nockenträger drehfest und axial verschiebbar angeordnet, von denen jeder die Einlass- bzw. Auslassventile eines Zylinders steuert. Jeder Nockenträger weist zwei axial versetzte Nockengruppen auf, von denen jede zwei Nocken mit verschiedenen Nockenprofilen umfasst. Durch axiale Verschiebung des Nockenträgers auf der Nockenwelle zwischen zwei Endstellungen kann jeweils einer der beiden Nocken jeder Nockengruppe mit einem Schlepphebel von einem der Ventile in Anlagekontakt gebracht werden, wodurch sich der Hub und/oder die Öffnungszeiten des Ventils verstellen lassen. Die axiale Verschiebung jedes Nockenträgers auf der Nockenwelle in entgegengesetzten Richtungen erfolgt mit Hilfe von zwei Schneckentrieben an den Stirnenden des Nockenträgers. In den beiden Endstellungen jedes Nockenträgers wird dieser von einer Arretiervorrichtung gegen eine Anlagefläche im Zylinderkopfgehäuse anliegend festgehalten. Die in Bohrungen der Nockenwelle untergebrachten Arretiervorrichtungen weisen jeweils eine Rastkugel auf, die durch die Kraft einer Feder radial nach außen gedrückt wird, um sie in jeder Endstellung des Nockenträgers mit einer von zwei axial versetzten Rastrillen in der inneren Umfangsfläche des Nockenträgers in Eingriff zu bringen und den Nockenträger durch eine von der Rastkugel gegen eine Flanke der Rastrille ausgeübte Axialkraft gegen eine der beiden entgegengesetzten gehäusefesten Anlageflächen anliegend festzuhalten. Dadurch wird allerdings auch von der gehäusefesten Anlagefläche über den Nockenträger, die Flanke der Rastrille und die Rastkugel eine zu der vorgenannten Axialkraft entgegengesetzte axiale Reaktionskraft in die Nockenwelle eingeleitet.
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Da bei dem bekannten Ventiltrieb sämtliche Nockenträger auf der Einlassnockenwelle bzw. auf der Auslassnockenwelle dieselbe Ausbildung aufweisen und sich gewöhnlich auch sämtlich in derselben Endstellung befinden, in der sie die Gaswechselventile der verschiedenen, von der Nockenwelle gesteuerten Zylinder in entsprechender Weise betätigen, wirken die über die Arretiervorrichtungen in die Nockenwelle eingeleiteten Reaktionskräfte fast immer in dieselbe Richtung. Dies führt dazu, dass ein in dieser Richtung am Stirnende der Nockenwelle befindliches Axiallager relativ hohen Andruckkräften ausgesetzt ist, was zu stärkeren Reibkräften und damit zu einem erhöhten Verschleiß im Lager führt.
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Aus dem Stand der Technik ist beispielswiese die Druckschrift
DE 102 41 920 A1 bekannt. Diese betrifft einen Ventiltrieb für eine Brennkraftmaschine mit einer Nockenwelle, die für mindestens einen Zylinder der Brennkraftmaschine vorgesehen ist, wobei der Zylinder zumindest zwei gleich wirkende Gaswechselventile aufweist, die jeweils von einem ersten Ventilbetätigungselement oder einem zweiten Ventilbetätigungselement umschaltbar betätigbar sind und das erste Ventilbetätigungselement axial auf der Nockenwelle verschiebbar ist, wobei das erste Ventilbetätigungselement eine zylindrische Außenkontur aufweist und mit dem zweiten Ventilbetätigungselement einstückig ist. So soll eine Ventil- beziehungsweise Zylinderabschaltung für die Brennkraftmaschine vorgesehen werden.
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Es ist die Aufgabe der Erfindung, bei einem Ventiltrieb der eingangs genannten Art eine Reduzierung der Andruckkräfte in den Axiallagern der Nockenwelle zu ermöglichen.
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Diese Aufgabe wird erfindungsgemäß dadurch gelöst, dass sich die Nockenträger paarweise in entgegengesetzten Endstellungen befinden, um die mittels der Nockenwelle gesteuerten Gaswechselventile in einer entsprechenden Weise zu betätigen, sodass die von den gehäusefesten Anlageflächen über mindestens einen Teil der Nockenträger und deren Arretiervorrichtungen in die Nockenwelle eingeleiteten axialen Reaktionskräfte paarweise entgegengesetzte Ausrichtungen besitzen.
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Durch die erfindungsgemäße Maßnahme wird erreicht, dass die Nockenträger paarweise von entgegengesetzten Seiten her gegen die gehäusefesten Anlageflächen anliegen, so dass die von diesen über die Nockenträger und deren Arretiervorrichtungen in die Nockenwelle eingeleiteten axialen Reaktionskräfte paarweise eine entgegengesetzte Ausrichtung besitzen. Dadurch heben sich diese axialen Reaktionskräfte bei einer ungeraden Anzahl von Nockenträgern teilweise und bei einer geraden Anzahl von Nockenträgern im Wesentlichen vollständig auf.
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Vorzugsweise sind jeweils benachbarte Nockenträger in unterschiedlichen Endstellungen angeordnet, so dass die von ihnen in die Nockenwelle eingeleiteten axialen Reaktionskräfte eine entgegengesetzte Ausrichtung besitzen.
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Wenn die mittels der Nockenwelle gesteuerten Gaswechselventile in entsprechender Weise betätigt werden, befindet sich somit im Unterschied zum Stand der Technik gemäß
EP 1 608 849 B1 ein Teil der Nockenträger in ihrer einen Endstellung, während sich die übrigen Nockenträger in ihrer anderen Endstellung befinden. Vorzugsweise befindet sich jeweils eine Hälfte der Nockenträger in der einen bzw. anderen Endstellung.
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Zur Betätigung der Gaswechselventile weist jeder Nockenträger wie beim Stand der Technik gemäß
EP 1 608 849 B1 zwei Nockengruppen mit mindestens zwei Nocken auf, die unterschiedliche Nockenprofile besitzen. In jeder Endstellung des Nockenträgers wirkt einer der beiden Nocken jeder Nockengruppe mit einem Schlepphebel eines zugehörigen Gaswechselventils zusammen, um das Gaswechselventil zu betätigen.
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Um zu gewährleisten, dass sämtliche Gaswechselventile in entsprechender Weise betätigt werden, obwohl sich ein Teil der Nockenträger in der einen Endstellung und ein anderer Teil der Nockenträger in der anderen Endstellung befindet, kann gemäß einer ersten alternativen Ausgestaltung der Erfindung vorgesehen werden, dass die Anordnung der Nocken der beiden Nockengruppen jeweils bei einem Teil der Nockenträger unterschiedlich ist, wobei die Anordnung bei zwei im Betrieb in unterschiedlichen Endstellungen befindlichen Nockenträgern vorzugsweise spiegelbildlich ist.
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Alternativ dazu können die mit den Nocken der beiden Nockengruppen zusammenwirkenden Schlepphebel der Gaswechselventile von unterschiedlichen bzw. benachbarten Zylindern jeweils eine unterschiedliche, vorzugsweise spiegelbildliche Ausbildung besitzen.
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Vorzugsweise umfasst jede der Arretiervorrichtungen wie beim Stand der Technik gemäß
EP 1 608 849 B1 eine Rastkugel, die in jeder der beiden Endstellungen des zugehörigen Nockenträgers durch die Kraft einer Feder in eine gegenüberliegende Rastnut in einer inneren Umfangsfläche des Nockenträgers gedrückt wird. Die beiden Rastnuten weisen zweckmäßig schräge Flanken mit unterschiedlichem Neigungswinkel auf, wobei ihr axialer Mittenabstand etwas größer als der Verschiebeweg des Nockenträgers zwischen seinen beiden Endstellungen ist. Dadurch wird die Rastkugel einer Arretiervorrichtung in jeder der beiden Endstellungen des zugehörigen Nockenträgers gegen entgegengesetzten Flanken der einen bzw. der anderen Nut angepresst und infolge der entgegengesetzten Neigung der Flanken eine axiale Kraft in der einen oder anderen Richtung auf den Nockenträger ausgeübt. Durch die axiale Kraft wird der Nockenträger zweckmäßig mit einer von zwei gegenüberliegenden Stirnflächen der beiden Nockengruppen gegen eine benachbarte gehäusefeste Anlagefläche gedrückt, die vorzugsweise von einer der beiden entgegengesetzten Stirnseiten eines als Drehlager für die Nockenwelle und den Nockenträger dienenden Lagerbocks gebildet wird.
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Im folgenden wird die Erfindung anhand eines in der Zeichnung dargestellten Ausführungsbeispiels näher erläutert. Die einzige Figur zeigt eine axiale Schnittansicht eines Teils einer Einlassnockenwelle eines Vierzylinder-Reihenmotors, mit der sich der Hub und/oder die Öffnungszeiten von zwei Einlassventilen (nicht dargestellt) von jedem der vier Zylinder verstellen lassen.
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Die Einlassnockenwelle 1 trägt dazu insgesamt vier Nockenträger, einen für die beiden Einlassventile jedes Zylinders, von denen in der Zeichnung nur zwei Nockenträger 2, 3 dargestellt sind. Die Nockenträger 2, 3 sind drehfest und axial verschiebbar auf der Nockenwelle 1 montiert. Jeder der beiden Nockenträger 2, 3 trägt zwei im axialen Abstand voneinander angeordnete Nockengruppen 5, 6 bzw. 7, 8 von denen jede zwei Nocken 9, 10 bzw. 11, 12 mit paarweise unterschiedlichen Nockenprofilen besitzt, die über ein identisches Grundkreisprofil 13 überstehen. Durch axiale Verschiebung der beiden Nockenträger 2, 3 auf der Nockenwelle 1 zwischen zwei Endstellungen lässt sich jeweils einer der beiden Nocken 9, 10 bzw. 11, 12 jeder Nockengruppe 5, 6 bzw. 7, 8 mit einer unterhalb der Nockenwelle 1 angeordneten Rolle 14 eines Rollenschlepphebels 15 von einem der Einlassventile in Anlagekontakt bringen, um dieses im Verlauf der Drehung der Nockenwelle 1 entsprechend dem Nockenprofil dieses Nockens 9, 10 bzw. 11, 12 zu öffnen bzw. zu schließen. Die Verschiebung der Nockenträger 2, 3 erfolgt immer dann, wenn die Grundkreisprofile 13 der Nockengruppen 5, 6 bzw. 7, 8 gegen die Rollen 14 der Schlepphebel 15 anliegen, wie in der Zeichnung dargestellt.
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Der Aufbau der Nockenwelle
1 und der Nockenträger
2,
3 sowie deren Lagerung in gehäusefesten Lagerböcken
16,
17 des Zylinderkopfgehäuses
18 sind ebenso wie die zur axialen Verschiebung der Nockenträger
2,
3 erforderlichen Einrichtungen, d. h. zwei gegensinnige Schneckentriebe
19,
20 an den entgegengesetzten Stirnenden der Nockenträger
2,
3, in der bereits genannten
EP 1 608 849 B1 der Anmelderin ausführlich beschrieben.
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Wie die in der
EP 1 608 849 B1 beschriebene Nockenwelle ist auch die in der Zeichnung dargestellte Nockenwelle
1 jeweils in der Mitte zwischen den beiden Rollenschlepphebeln
15 eines Einlassventils in den gehäusefesten Lagerböcken
16,
17 gelagert. Die Lagerböcke
16,
17 werden jeweils von einem mittigen zylindrischen Abschnitt
21 jedes Nockenträgers
2,
3 durchsetzt, der einen im Vergleich zum Durchmesser der Nockengruppen
5,
6 bzw.
7,
8 geringeren Durchmesser aufweist. Der mittige Abschnitt
21 wird von zwei gegenüberliegenden Stirnflächen
22,
23 der Nockengruppen
5,
6 und
7,
8 begrenzt, von denen in den beiden Endstellungen des Nockenträgers
2,
3 jeweils eine gegen die benachbarte Stirnfläche
24 bzw.
25 des zugehörigen Lagerbocks
16 oder
17 anliegt.
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Um die Nockenträger 2, 3 in ihren jeweiligen Endstellungen gegen die entsprechende Stirnfläche 24 oder 25 des Lagerbocks 16 bzw. 17 anliegend festzuhalten, weist die Nockenwelle 1 im Inneren jedes Nockenträgers 2, 3 in der Nähe von dessen einem, in der Zeichnung links dargestellten Stirnende eine radiale Sacklochbohrung 26 auf, in der eine Arretierkugel 27 radial beweglich geführt ist. Zwischen die Arretierkugel 27 und einem Boden 28 der Sacklochbohrung 26 ist eine Schraubendruckfeder 29 eingesetzt, welche die Arretierkugel 27 radial nach außen gegen eine mit zwei Rastnuten 31, 32 versehene innere Umfangsfläche 30 des zugehörigen Nockenträgers 2, 3 drückt.
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Die beiden parallelen, im axialen Abstand voneinander angeordneten Rastnuten 31, 32 erstrecken sich um die innere Umfangsfläche 30 des Nockenträgers 2, 3 herum und weisen jeweils einen ebenen Nutboden auf, der von zwei unterschiedlich steilen Flanken begrenzt wird. Zwischen den beiden Nuten 31, 32 jedes Nutenpaars befindet sich ein im Querschnitt etwa dreieckiger Vorsprung 33, der von den beiden flacheren Nutflanken 34, 35 begrenzt wird.
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Der axiale Mittenabstand der Nuten 31, 32 jedes Nutenpaars und die axiale Position der Sacklochbohrungen 26 sind so aufeinander abgestimmt, dass die Arretierkugel 27 gegen die flachere Nutflanke 34 bzw. 35 von einer der beiden Nuten 31, 32 angepresst wird, wenn der Nockenträger 2, 3 in der einen bzw. in der anderen Endstellung von entgegengesetzten Seiten her gegen den Lagerbock 16 bzw. 17 anliegt.
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Auf diese Weise wird die radiale Druckkraft der Feder 29 von der Arretierkugel 27 teilweise in eine axiale Kraft umgewandelt, die je nach Endstellung des Nockenträgers 2, 3 an der Flanke 34 der Rastnut 31 oder an der Flanke 35 der Rastnut 32 in den Nockenträger 2 bzw. 3 eingeleitet wird und diesen gegen die Stirnfläche 24 oder 25 des Lagerbocks 16 bzw. 17 drückt. Auf der anderen Seite wird jedoch an derselben Flanke 34 bzw. 35 auch eine vom Lagerbock 16, 17 auf den Nockenträger 2, 3 ausgeübte axiale Reaktionskraft F1 bzw. F2 in die Arretierkugel 27 und damit in die Nockenwelle 1 eingeleitet.
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Um zu verhindern, dass sich die über die Nockenträger 2, 3 sämtlicher Einlassventile der vier Zylinder in die Nockenwelle 1 eingeleiteten axialen Reaktionskräfte F1 und F2 in einer Richtung summieren und zu einer einseitigen Belastung von einem von zwei an den Stirnenden der Nockenwelle 1 angeordneten Axiallagern (nicht dargestellt) führen, ist vorgesehen, dass während einer gleichen bzw. entsprechenden Betätigung der Einlassventile aller vier Zylinder von den insgesamt vier Nockenträgern auf der Nockenwelle 1 zwei in der einen Endstellung und zwei in der anderen Endstellung angeordnet sind, wie in der Zeichnung beispielhaft für die Nockenträger 2 bzw. 3 dargestellt. Dadurch wird ein Nockenträger 2 von zwei benachbarten Nockenträgern 2, 3 von der Arretierkugel 27 gegen die Stirnfläche 24 des Lagerbocks 16 angepresst, während der andere Nockenträger 3 von der Arretierkugel 27 gegen die entgegengesetzte Stirnfläche 25 des Lagerbocks 17 angepresst wird. Infolgedessen weisen die vom Lagerbock 16 über den Nockenträger 2 und die zugehörige Arretierkugel 27 in die Nockenwelle 1 eingeleitete axiale Reaktionskraft F1 und die vom Lagerbock 17 über den Nockenträger 3 und die zugehörige Arretierkugel 27 in die Nockenwelle 1 eingeleitete axiale Reaktionskraft F2 eine entgegengesetzte Ausrichtung auf, so dass sie sich im Wesentlichen aufheben bzw. vektoriell betrachtet zu Null addieren.
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Um trotz der unterschiedlichen Endstellungen der Nockenträger 2 und 3 für eine gleiche oder entsprechende Betätigung sämtlicher Einlassventile zu sorgen, weisen die Nocken 9 und 10 der beiden Nockengruppen 5, 6 des Nockenträgers 2 eine umgekehrte Ausrichtung wie die Nocken 11, 12 der beiden Nockengruppen 7, 8 des Nockenträgers 3 auf. Um dies zu verdeutlichen, sind bei dem Ausführungsbeispiel in der Zeichnung jeweils die linken, mit den Rollen 14 der Schlepphebel 15 beiderseits des Lagerbocks 16 zusammenwirkenden Nocken 9 und die rechten, mit den Rollen 14 der Schlepphebel 15 beiderseits des Lagerbocks 17 zusammenwirkenden Nocken 12 niedriger dargestellt, während die anderen, in der Zeichnung nicht mit den Rollen 14 der Schlepphebel 15 zusammenwirkenden Nocken 10 bzw. 11 der Nockengruppen 5 und 6 bzw. 7 und 8 höher dargestellt sind.
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Obwohl sich der eine Nockenträger 2 der beiden Nockenträger 2, 3 in seiner rechten Endstellung und der andere Nockenträger 3 der beiden Nockenträger 2, 3 in seiner linken Endstellung befindet, wirken daher bei beiden Nockenträgern 2, 3 dieselben oder entsprechende Nockenprofile 9, 12 mit den Rollen 14 der Schlepphebel 15 zusammen, so dass sämtliche Einlassventile in derselben oder einer entsprechenden Weise betätigt werden, d. h. mit identischem oder entsprechendem Hub und mit identischen oder entsprechenden Öffnungszeiten. Dies gilt analog auch für die beiden weiteren nicht dargestellten Nockenträger auf der Nockenwelle 1.
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Wenn im Betrieb der Brennkraftmaschine der Hub und/oder die Öffnungszeiten sämtlicher Einlassventile verändert werden sollen, werden sämtliche Nockenträger in die jeweils andere Endstellung verschoben, d. h. bei dem in der Zeichnung dargestellten Ausführungsbeispiel der linke Nockenträger 2 nach links und der rechte Nockenträger 3 nach rechts, wo dann jeweils die höher dargestellten Nockenprofile 10 bzw. 11 der Nockengruppen 5, 6 bzw. 7, 8 mit den Rollen 14 der Schlepphebel 15 zusammenwirken. Zum Verschieben der Nockenträger 2, 3 wird bei dem Nockenträger 2 der linke Schneckentrieb 19 und bei dem Nockenträger 3 der rechte Schneckentrieb 20 aktiviert.
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Bezugszeichenliste
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- 1
- Nockenwelle, Einlassnockenwelle
- 2
- Nockenträger
- 3
- Nockenträger
- 5
- Nockengruppe
- 6
- Nockengruppe
- 7
- Nockengruppe
- 8
- Nockengruppe
- 9
- Nocken
- 10
- Nocken
- 11
- Nocken
- 12
- Nocken
- 13
- Grundkreisprofil
- 14
- Rolle
- 15
- Schlepphebel, Rollenschlepphebel
- 16
- Lagerbock
- 17
- Lagerbock
- 18
- Zylinderkopfgehäuse
- 19
- Schneckentrieb
- 20
- Schneckentrieb
- 21
- zylindrischer Abschnitt
- 22
- Stirnfläche
- 23
- Stirnfläche
- 24
- Stirnfläche, Anlagefläche
- 25
- Stirnfläche, Anlagefläche
- 26
- Sacklochbohrung
- 27
- Arretierkugel, Arretiervorrichtung, Rastkugel
- 28
- Boden
- 29
- Schraubendruckfeder, Arretiervorrichtung, Feder
- 30
- innere Umfangsfläche
- 31
- Rastnut, Nut
- 32
- Rastnut, Nut
- 33
- Vorsprung
- 34
- Nutflanke, Flanke
- 35
- Nutflanke, Flanke
- F1
- Reaktionskraft
- F2
- Reaktionskraft