DE102008024875B4

DE102008024875B4 - Ventiltrieb für Gaswechselventile einer Brennkraftmaschine mit verschiebbaren Nockenträgern und gegenseitiger Abstützung benachbarter Nockenträger

Info

Publication number: DE102008024875B4
Application number: DE102008024875.4A
Authority: DE
Inventors: Salvador Ribes-Navarro
Original assignee: Audi AG
Current assignee: Audi AG
Priority date: 2008-05-23
Filing date: 2008-05-23
Publication date: 2019-05-09
Anticipated expiration: 2028-05-24
Also published as: DE102008024875A1

Abstract

Ventiltrieb (1) für Gaswechselventile der Zylinder einer Brennkraftmaschine, mit mindestens einer Nockenwelle (4), mehreren drehfest und axial verschiebbar auf der Nockenwelle (4) geführten, in stationären Drehlagern (17) drehbar gelagerten Nockenträgern (7), sowie Mitteln (6, 22, 23) zum axialen Verschieben der Nockenträger (7), wobei sich benachbarte, in Bezug zueinander verschiebbare Nockenträger (7) innerhalb von einem der Drehlager (17) gegenseitig überlappen, dadurch gekennzeichnet, dass die benachbarten Nockenträger (7) im Bereich der Überlappung aufeinander gleiten, wenn sie in Bezug zueinander verschoben werden.

Description

Die Erfindung betrifft einen Ventiltrieb für Gaswechselventile einer Brennkraftmaschine gemäß dem Oberbegriff des Anspruchs 1.
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.
Aus der DE 10 2004 011 586 A1 der Anmelderin ist bereits ein Ventiltrieb der eingangs genannten Art bekannt, bei dem mehrere Nockenträger drehfest und axial verschiebbar auf einer Grundnockenwelle angeordnet sind. Zur Betätigung von zwei Gaswechselventilen jedes Zylinders der Brennkraftmaschine sind auf dem zugehörigen Nockenträger zwei im axialen Abstand voneinander angeordnete Nockenprofilgruppen vorgesehen, von denen jede zwei verschiedene Nockenprofile aufweist. Durch axiale Verschiebung der Nockenträger auf der Grundnockenwelle zwischen zwei Verschiebestellungen lässt sich jeweils eines der beiden Nockenprofile jeder Nockenprofilgruppe mit einer Rolle eines Rollenschlepphebels des zugehörigen Gaswechselventils in Anlagekontakt bringen. Bei dem bekannten Ventiltrieb sind die Nockenträger zwischen den beiden Nockenprofilgruppen in einem Drehlager eines Nockenwellenlagerbocks des Zylinderkopfgehäuses drehbar gelagert.
Eine solche Lagerung der Nockenträger zwischen ihren beiden Nockenprofilgruppen stößt jedoch auf Probleme, wenn der axiale Abstand der beiden zu jedem Nockenträger zugehörigen Gaswechselventile verhältnismäßig klein ist. In einem solchen Fall ist auch zwischen den beiden Nockenprofilgruppen nur ein verhältnismäßig kleiner Abstand vorhanden, wodurch entweder der axiale Verschiebeweg der Nockenträger durch die Lagerböcke bzw. Drehlager stark eingeschränkt wird oder nur sehr schmale Lagerböcke bzw. Drehlager verwendet werden können, die keine ausreichende Abstützung der Nockenwelle sicherstellen bzw. hohe Flächenpressungen aushalten müssen.
Weiterhin ist aus dem Stand der Technik die Druckschrift DE 195 19 048 A1 bekannt. Diese beschreibt einen zwecks Erzielung unterschiedlicher Ventilhubkurven variablen Ventiltrieb, der pro Verstellventil mehrere Nocken enthält, die axial verstellt werden können oder deren Nockengegenläufer axial verstellt werden kann. Es sind Einrichtungen vorgesehen, die die Verstellung während der Ventilhubzeit sperren, so dass die Verstellung in der Ventilstillstandszeit erfolgt.
Ausgehend hiervon liegt der Erfindung die Aufgabe zugrunde, einen Ventiltrieb der eingangs genannten Art dahingehend zu verbessern, dass er sich auch bei Brennkraftmaschinen einsetzen lässt, bei denen die mit dem Ventiltrieb zu betätigenden Gaswechselventile der Zylinder einen geringen axialen Abstand aufweisen.
Diese Aufgabe wird erfindungsgemäß mit einem Ventiltrieb für Gaswechselventile einer Brennkraftmaschine mit den Merkmalen des Anspruchs 1 gelöst. Dabei ist vorgesehen, dass die benachbarten Nockenträger im Bereich der Überlappung aufeinander gleiten, wenn sie im Bezug zueinander verschoben werden.
Mit der erfindungsgemäßen Merkmalskombination wird es möglich, Ventiltriebe der eingangs genannten Art auch bei solchen Brennkraftmaschinen einzusetzen, bei denen die Einlass- und/oder Auslassventile jedes Zylinders einen geringen axialen Abstand aufweisen, da die Nockenträger durch die gegenseitige Überlappung und Verschiebbarkeit benachbarter Nockenträger in axialer Richtung verlängert werden können, ohne dass ihr Verschiebeweg auf der Einlass- oder Auslassnockenwelle dadurch verkürzt werden muss. Dies gestattet es, die Nockenträger bis in Drehlager hinein zu verlängern, die gemäß einer bevorzugten Ausgestaltung der Erfindung nicht mehr wie bisher jeweils zwischen einem Paar von Einlass- oder Auslassventilen jedes Zylinders sondern beiderseits von jedem Zylinder angeordnet sind.
Gemäß der Erfindung ist vorgesehen, dass sich benachbarte Nockenträger mindestens teilweise innerhalb eines Drehlagers, insbesondere zwischen benachbarten Zylindern, überlappen und beim Verschieben von einem der beiden Nockenträger im Bereich der Überlappung aufeinander gleiten, wobei sich die benachbarten Nockenträger in Abhängigkeit von ihrer jeweiligen Verschiebstellung mehr oder weniger stark überlappen.
Um trotz einer gegenseitigen Verschiebbarkeit benachbarter Nockenträger in Bezug zueinander eine gegenseitige Überlappung über den gesamten Umfang der Nockenträger zu gewährleisten, weisen die Nockenträger bevorzugt röhrenförmige, zur Drehachse der Nockenwelle koaxiale Stirnenden auf, wobei die beiden einander zugewandten Stirnenden benachbarter Nockenträger nach Art eines Teleskoprohrs ineinander greifen.
Um für eine gegenseitige Abstützung zweier innerhalb eines Drehlagers ineinander greifender Nockenträgerstirnenden zu sorgen, weist vorzugsweise eines der beiden röhrenförmigen Stirnenden einen Außendurchmesser auf, der dem Innendurchmesser des Drehlagers entspricht, während sein Innendurchmesser dem Außendurchmesser des anderen der beiden Stirnenden entspricht.
Während die Drehlager für die Nockenträger aus der Mitte der Nockenträger heraus zu deren Stirnenden verlagert sind, sind umgekehrt die Mittel zum axialen Verschieben der Nockenträger statt wie bisher an den Stirnenden der Nockenträger vorzugsweise nahe der Mitte der Nockenträger angeordnet.
Entsprechendes gilt auch für Mittel zum Arretieren jedes Nockenträgers in unterschiedlichen Verschiebestellungen, die bei den Nockenträgern bekannter Ventiltriebe ebenfalls an den Stirnenden der Nockenträger angeordnet sind und bei den erfindungsgemäßen Nockenträgern vorzugsweise nahe der Mitte angeordnet sind.
Im folgenden wird die Erfindung anhand eines in der Zeichnung dargestellten Ausführungsbeispiels näher erläutert. Es zeigen:

1: eine Oberseitenansicht von Teilen eines Ventiltriebs für Paare von Einlassventilen von drei Zylindern eines 6-Zylinder-V-Motors mit mehreren auf einer Nockenwelle verschiebbaren, einander überlappenden Nockenträgern;
2: eine horizontale Längsschnittansicht entlang einer Mittelachse der Nockenwelle;
3: eine vergrößerte Ansicht eines Abschnitts der Nockenwelle aus 2;
4: eine perspektivische Ansicht eines Teil des Ventiltriebs an einem Stirnende der Nockenwelle.

Bei dem in der Zeichnung nur teilweise dargestellte Ventiltrieb 1 für Paare von Einlassventilen 2 (4) von drei Zylindern 3 eines 6-Zylinder-Dieselmotors in V-Bauweise mit einer obenliegenden, in einem Zylinderkopfgehäuse 5 (4) des Dieselmotors drehbar gelagerten Nockenwelle 4 lassen sich der Hub und die Öffnungszeiten der beiden von der Nockenwelle 4 betätigten Einlassventile 2 jedes Zylinders 3 verstellen.
Der Ventiltrieb 1 umfasst dazu für jeden Zylinder 3 bzw. für jedes Paar von Einlassventilen 2 einen drehfest und axial verschiebbar auf der Nockenwelle 4 montierten Nockenträger 7, sowie einen Aktuator 6 (1) zum Verschieben des Nockenträgers 7 zwischen zwei im axialen Abstand voneinander angeordneten definierten Verschiebestellungen.
Die drei hohlzylindrischen Nockenträger 7 weisen an ihrem äußeren Umfang jeweils zwei im axialen Abstand voneinander angeordnete Nockenpaare 8, 9 auf, von denen jedes aus zwei Nocken 10, 11 mit unterschiedlichen Hubkonturen besteht. Wie am besten in 4 dargestellt, wirkt jedes der beiden Nockenpaare 8, 9 mit einer Rolle 12 eines schwenkbar gelagerten Rollenschlepphebels 13 des zugehörigen Einlassventils 2 zusammen. Durch eine axiale Verschiebung des Nockenträgers 7 kann die Rolle 12 nach Bedarf mit einem der beiden Nocken 10, 11 des Nockenpaars 8 bzw. 9 in Anlagekontakt gebracht werden, so dass sie sich während jeder Umdrehung der Nockenwelle 4 einmal über die Hubkontur des Nockens 10, 11 hinwegbewegt und dabei den Rollenschlepphebel 13 unter Öffnen des Einlassventils 2 verschwenkt. Durch unterschiedliche Hubkonturen der beiden Nocken 10, 11 können der Hub und die Öffnungszeit jedes Einlassventils 2 in Abhängigkeit von der Verschiebestellung des Nockenträgers 7 unabhängig vom Hub und der Öffnungszeit der Einlassventile 2 der anderen Zylinder 3 zum Beispiel drehzahlabhängig verändert werden.
Die drei Nockenträger 7 weisen jeweils eine identische Ausbildung auf und besitzen jeweils zwei röhrenförmige, zu einer Drehachse 14 der Nockenwelle 6 koaxiale Stirnenden 15, 16 (2 und 3), die jeweils in eines von vier Gleitlagern 17 ragen, welche zur drehbaren Lagerung der Nockenträger 7 und damit der Nockenwelle 4 im Zylinderkopfgehäuse 5 dienen. Darüber hinaus sind zwei weitere Gleitlager 18 vorgesehen, in denen die beiden entgegengesetzten Stirnenden der Nockenwelle 4 gelagert sind, wie am besten in 2 dargestellt. Sämtliche Gleitlager 17, 18 umfassen zwei miteinander verschraubte Lagerhalbschalen, die im Zylinderkopfgehäuse 5 montiert werden, wie am besten in 4 am Beispiel zweier Gleitlager 17 dargestellt.
Die röhrenförmigen Stirnenden 15, 16 jedes Nockenträgers 7 sind so bemessen, dass der Außendurchmesser des einen Stirnendes 15 dem Innendurchmesser des zugehörigen Gleitlagers 17 entspricht, in welches das Stirnende 15 von einer Seite her ragt, während der Innendurchmesser des Stirnendes 15 dem Außendurchmesser des entgegengesetzten Stirnendes 16 bzw. des Stirnendes 16 des benachbarten Nockenträgers 7 entspricht, das von der entgegengesetzten Seite her in das Gleitlager 17 ragt. Die einander zugewandten Stirnenden 15, 16 der beiden benachbarten Nockenträger 7 überlappen sich innerhalb des Gleitlagers 17 nach Art eines Teleskoprohrs, so dass sie in Bezug zueinander axial verschiebbar sind und beim Verschieben aufeinander gleiten. Dabei stützt sich das jeweils radial außen liegende Stirnende 15 direkt auf einer zylindrischen inneren Lauffläche des Gleitlagers 17 ab, während das jeweils radial innen liegende Stirnende 16 über das radial außen liegende Stirnende 15 des benachbarten Nockenträgers 7 indirekt auf der Lauffläche des Gleitlagers 17 abgestützt ist.
Wie am besten in 3 dargestellt, weist das radial innen liegende Stirnende 16 jedes Nockenträgers 7 an seinem inneren Umfang eine Längsverzahnung 20 auf, die sich noch ein Stück weit in Richtung der Mitte des Nockenträgers 7 erstreckt und mit einer komplementären Außenverzahnung 21 auf der Nockenwelle 4 kämmt, um den Nockenträger 7 drehfest und axial verschiebbar auf der Nockenwelle 4 zu führen.
Die axiale Verschiebung eines Nockenträgers 7 auf der Nockenwelle 4 in eine der beiden definierten Verschiebestellungen zur Verstellung des Hubs oder der Öffnungszeiten der zugehörigen Einlassventile 2 erfolgt bei Bedarf und wird immer dann vorgenommen, wenn Grundkreisabschnitte der Nockenpaare 8, 9 den Rollen 12 der zugehörigen Schlepphebel 13 gegenüberliegen. Zur Verschiebung wird der Aktuator 6 des Nockenträgers 7 betätigt, der zwei nebeneinander angeordnete Mitnehmer 22 (1) aufweist, die sich aus dem Aktuator 6 ausfahren lassen. Bei der Betätigung des Aktuators 6 wird einer der beiden Mitnehmer 22 beim Ausfahren in eine links- bzw. rechtsgängige schraubenförmige Nut 23 (vgl. 4) im äußeren Umfang des Nockenträgers 7 eingespurt, die dem einspurenden Mitnehmer 22 in einer der beiden definierten Verschiebestellungen gegenüberliegt, um den Nockenträger 7 während einer anschließenden Umdrehung der Nockenwelle 4 infolge der Bewegung des Mitnehmers 22 durch die schraubenförmige Nut 23 nach links bzw. nach rechts in die jeweils andere Verschiebestellung zu verschieben.
Der Abstand der beiden Verschiebestellungen entspricht dem Mittenabstand der beiden Nocken 10, 11 jedes Nockenpaars 8, 9 sowie dem axialen Abstand zweier Arretiernuten 24, 25, die etwa in der Mitte jedes Nockenträgers 7 in dessen innerem Umfang ausgespart sind. Die beiden Arretiernuten 24, 25 dienen zur Arretierung des Nockenträgers 7 in den beiden definierten Verschiebestellungen. Die Arretierung erfolgt, indem eine in einer Querbohrung 26 der Nockenwelle 4 angeordnete Arretierkugel 28 durch die Kraft einer Schraubendruckfeder 27 gegen eine schräge Flanke 29 von einer der beiden Arretiernuten 24, 25 angepresst und dadurch eine axiale Kraftkomponente in den Nockenträger 7 eingeleitet wird, um diesen gegen eine als Anschlag dienende Stirnfläche 30 eines benachbarten Gleitlagers 17 anzupressen, wie am besten in 3 dargestellt.
Bezugszeichenliste

1: Ventiltrieb
2: Einlassventil
3: Zylinder
4: Nockenwelle
5: Zylinderkopfgehäuse
6: Aktuator
7: Nockenträger
8: Nockenpaar
9: Nockenpaar
10: Nocken
11: Nocken
12: Rolle
13: Rollenschlepphebel
14: Drehachse
15: röhrenförmiges Stirnende
16: röhrenförmiges Stirnende
17: Drehlager / Gleitlager
18: Drehlager / Gleitlager
20: Längsverzahnung
21: Außenverzahnung
22: Mitnehmer
23: schraubenförmige Nut
24: Arretiernut
25: Arretiernut
26: Querbohrung
27: Schraubendruckfeder
28: Arretierkugel
29: schräge Flanke
30: Stirnfläche

Claims

Ventiltrieb (1) für Gaswechselventile der Zylinder einer Brennkraftmaschine, mit mindestens einer Nockenwelle (4), mehreren drehfest und axial verschiebbar auf der Nockenwelle (4) geführten, in stationären Drehlagern (17) drehbar gelagerten Nockenträgern (7), sowie Mitteln (6, 22, 23) zum axialen Verschieben der Nockenträger (7), wobei sich benachbarte, in Bezug zueinander verschiebbare Nockenträger (7) innerhalb von einem der Drehlager (17) gegenseitig überlappen, dadurch gekennzeichnet, dass die benachbarten Nockenträger (7) im Bereich der Überlappung aufeinander gleiten, wenn sie in Bezug zueinander verschoben werden.
Ventiltrieb nach Anspruch 1, dadurch gekennzeichnet, dass einander zugewandte, röhrenförmige und zu einer Drehachse (14) der Nockenwelle (4) koaxiale Stirnenden (15, 16) der benachbarten Nockenträger (7) nach Art eines Teleskoprohrs ineinander greifen.
Ventiltrieb nach Anspruch 2, dadurch gekennzeichnet, dass eines der einander zugewandten Stirnenden (15) einen Innendurchmesser aufweist, der dem Außendurchmesser des jeweils anderen der Stirnenden (16) entspricht.
Ventiltrieb nach Anspruch 3, dadurch gekennzeichnet, dass das eine der Stirnenden (15) einen Außendurchmesser aufweist, der dem Innendurchmesser des Drehlagers (17) entspricht.
Ventiltrieb nach einem der vorangehenden Ansprüche, gekennzeichnet durch Mittel (24, 25, 27, 28) zum Arretieren jedes Nockenträgers (7) in mindestens zwei unterschiedlichen Verschiebestellungen.
Ventiltrieb nach einem der vorangehenden Ansprüche, dadurch gekennzeichnet, dass die Drehlager (17) beiderseits von jedem Zylinder (3) angeordnet sind.
Ventiltrieb nach einem der vorangehenden Ansprüche, gekennzeichnet durch mindestens ein weiteres Drehlager (18), in dem ein Stirnende der Nockenwelle (4) gelagert ist.
Brennkraftmaschine, gekennzeichnet durch mindestens einen Ventiltrieb (1) nach einem der vorangehenden Ansprüche.