Aktoreinheit für Schiebenockensysteme mit durch Steuernadeln beherrschte Aktorstifte

Beschreibung

Gebiet der Erfindung

[0001] Hubkolbenbrennkraftmaschine mit zumindest einem Zylinderkopf, dessen Ein- und Auslasskanäle von zumindest je einem als Ein- und Auslassventil ausgebildeten Gaswechselventil beherrscht sind, die durch Nocken zumindest einer Nockenwelle und von diesen angetriebenen Übertragungselementen betätigbar sind, wobei die Nocken als Schiebenocken mit zumindest einem Nocken pro Schiebenockeneinheit ausgebildet sind, die drehfest aber axial verschiebbar auf einer brennkraftmaschinenfest geführten, angetriebenen Grundwelle angeordnet sind, und mit zumindest einer brennkraftmaschinenfesten Aktoreinheit pro Schiebenockeneinheit mit zumindest einem Aktorstift zur Verschiebung der Schiebenockeneinheiten in unterschiedliche axiale Positionen mittels zumindest zwei mit den Aktorstiften zusammenwirkenden Verschiebenuten am Umfang der Schiebenockeneinheiten, die schraubenförmig ausgebildet, spiegelsymmetrisch zueinander angeordnet und zumindest eine Auswurframpe für die Aktorstifte aufweisen, wobei die Aktorstifte in Richtung zur Schiebenockeneinheit federbelastet sind und in ihren eingefahrenen, der Schiebenockeneinheit abgewandten Position mittels arretierbarer Rasteinrichtungen festlegbar sind und wobei die Arretierungen mit Klemmkörpern der Rasteinrichtungen korrespondierende, federbelastete Steuernadeln aufweisen, die mittels einer Elektromagneteinheit und mit den Steuernadeln in Wirkverbindung stehenden Dauermagneten lösbar sind.

Hintergrund der Erfindung

[0002] Eine derartige Aktoreinheit für Hubkolbenbrennkraftmaschinen ist aus der WO 2010/097298 A1 bekannt. Die mit der Elektromagneteinheit in Wirkverbindung stehenden Dauermagnete sind an den inneren Enden der Steuernadeln befestigt. An den Steuernadeln greifen Feder an, die die Steuernadeln samt Dauermagnete in Richtung Klemmkörper belasten und diese zum Festlegen der Aktorstifte in ihrer inneren Stellung klemmen, wogegen die Elektromagneteinheit die Dauermagnete und damit die Steuernadeln gegen die Kraft der Federn anzieht und damit die Klemmkörper Esthat sich gezeigt, dass die Aktorstifte beim Einschieben durch die Auswurframpe nicht schnell verrastet werden oder, z.B. hervorgerufen durch Vibrationen der Hubkolbenbrennkraftmaschine, sich in der Rasteinrichtung lösen und die Verschiebenuten bzw. den neben den Verschiebenuten liegenden Umfangsbereich ungewollte kontaktieren. Das ungewollte Lösen der Arretierung kann auch dann auftreten, wenn der Aktorstift Kanten am Hochkreis der Verschiebenockeneinheit überfährt. Rutscht der Aktorstift in Richtung der Nockenkontur der Schiebenockeneinheit ab, so wird er beim Überfahren der Auswurframpe wieder zurückgestellt, d.h. der abgesunkene Aktorstift wird wieder auf das Niveau des Hochkreises der Schiebenockeneinheit zurückgeschoben. In diesem Fall soll die Steuernadel sofort nach dem Hochschieben des Aktorstiftes erneut die Arretierung der Rasteinrichtung sicherstellen, was nur dann der Fall ist, wenn die durch die Federkraft der Steuernadel hervorgerufene Beschleunigung hoch genug ist, um die Arretierung schnell genug zu bewirken, was aber nicht immer der Fall ist.

[0003] Um den Aktorstift auch bei tiefen Temperaturen und niedriger Viskosität des Motoröls hinreichend schnell ausfahren zu können, muss die Feder am Aktorstift hinreichend stark ausgeführt sein. Dies führt dazu, dass die durch die Feder am Aktorstifte hervorgerufene Beschleunigung, insbesondere bei warmer Hubkolbenbrennkraftmaschine, hoch ist, so dass eine Fehlarretierung durch die Steuernadeln verstärkt wird.

Aufgabe der Erfindung

[0004] Aufgabe der Erfindung ist es daher, eine Aktoreinheit für Hubkolbenbrennkraftmaschinen so zu verbessern, dass die zuvor beschriebenen Nachteile vermieden werden. Es soll sichergestellt sein, dass die Steuernadeln auch in den Grenzbereichen immer schnell genug reagieren und die Arretierung schnell genug nachführen, um die Aktorstifte zu klemmen. Dies soll mit einfachen und kostengünstigen Mitteln erfolgen.

Zusammenfassung der Erfindung

[0005] Die Aufgabe der Erfindung wird dadurch gelöst, dass die durch Federkraft pro bewegter Masse definierte Beschleunigung der Steuernadeln durch ihre Federn der Beschleunigung der Aktorstifte durch die diesen zugeordnete Federkraft im Wesentlichen angeglichen sind.

[0006] Dadurch wird sichergestellt, dass die Steuernadeln so schnell reagieren können, wie auch die Aktorstifte durch ihre Federn beschleunigt werden, so dass auch bei den zum Stand der Technik beschriebenen Problemen immer hinreichend schnell eine Arretierung der Rasteinrichtungen der Aktorstifte erfolgt. Dies könnte einmal dadurch erfolgen, dass die Federkraft der den Steuernadeln zugeordneten Federn erheblich erhöht wird. Dies ist jedoch nicht ohne Weiteres möglich, da die Spule der Elektromagneteinheit beim Entriegeln immer gegen die Kraft der Federn der Steuernadeln arbeiten muss und somit eine größere Spule mit erhöhter Leistungsaufnahme und Abschaltenergie verwendet werden müsste. Dies führt jedoch zu unerwünscht großen Spulen.

[0007] In weiterer Ausgestaltung der Erfindung wird daher vorgeschlagen, dass die bewegte Masse der Steuernadeln zwecks Angleichung der Beschleunigung entsprechend verringert wird.

[0008] Deshalb wird in weiterer Ausgestaltung der Erfindung vorgeschlagen, dass die Verringerung der Masse durch Entkoppeln des Dauermagneten von der Steuernadel erfolgt. Dadurch wird nun die Masse der durch die Feder zu bewegenden Steuernadeleinheit erheblich geringer, so dass die Beschleunigung erheblich erhöht werden kann. Die Feder braucht nun nur noch die eigentliche Steuernadel ohne die Masse des Dauermagneten in Richtung Rasteinrichtung zu beschleunigen, so dass eine erheblich schnellere Arretierung erfolgt, die allen Betriebsbedingungen gerecht wird.

[0009] In vorteilhafter Weise weisen die Steuernadeln an ihren dem Dauermagneten zugewandten Endbereichen einen Schaft auf, auf dem der Dauermagnet mit radialem und axialem Spiel angeordnet ist.

[0010] Am Ende des Schaftes ist ein Federteller befestigt, der einen Anschlag für den Dauermagneten bildet, so dass dieser, bewegt durch die Elektromagneteinheit, die Steuernadel aus der Arretierung lösen kann. Der Federteller dient weiterhin als Stütze für die jeweilige Feder der Steuernadel, die sich an einem der Elektromagneteinheit benachbarten Bauteil abstützt.

[0011] Der Federteller kann mit dem Ende des Schaftes der Steuernadel verstemmt sein. Es ist aber auch möglich, dass der Federteller einen Schaft aufweist, in dem eine nach innen vorstehende Rille eingearbeitet ist, die mit einer Nut am Schaft der Steuernadel korrespondiert, so dass der Federteller mit dem Flansch über das Ende des Schaftes vorgeschoben werden kann und dort in der Nut einrastet.

[0012] Zur Verbesserung des Magnetflusses kann zusätzlich zu dem Steuermagneten auf dem Schaft der Steuernadel eine Stahlscheibe mit radialem und axialem Spiel angeordnet sein, die zwischen dem Dauermagneten und einem Absatz am Ende des Schaftes der Steuernadel eingebaut ist.

[0013] Es sei ausdrücklich darauf hingewiesen, dass das Prinzip der Entkopplung einer Masse bei bewegten Schaltelementen auch auf andere Schaltventile übertragen werden kann, bei denen durch die gezielte Gesamtmassenänderung eine Erhöhung der Reaktionsfähigkeit erreicht werden kann, beispielsweise bei schnell schaltenden Magnetventilen zur Steuerung von Gaswechselventilen.

Kurze Beschreibung der Zeichnungen

[0014] Zur weiteren Erläuterung der Erfindung wird auf die Zeichnungen verwiesen, in denen ein Ausführungsbeispiel der Erfindung vereinfacht dargestellt ist.

[0015] Es zeigen:

Figur 1:

eine Ansicht einer Steuernadel mit auf ihrem Schaft befestigtem Federteller,

Figur 2:

eine Steuernadel gemäß Figur 1, bei der auf dem Schaft ein Dauermagnet und eine Stahlscheibe angeordnet sind, und

Figur 3:

einen Schnitt durch eine Aktoreinheit mit zwei Aktorstiften und zwei zugeordneten Steuernadeln.

Detaillierte Beschreibung der Zeichnungen

[0016] In den Figuren 1 bis 3 ist, soweit im Einzelnen dargestellt, mit 1 eine Steuernadel bezeichnet, die einen zylindrischen Lagerbereich 2, eine Steuerspitze 3 und einen Schaft 4 aufweist. Der Schaft 4 hat einen reduzierten Durchmesser, der sich mittels eines Absatzes 5 an den Lagerbereich 2 anschließt. Am freien Ende des Schaftes 4 ist ein mit 6 bezeichneter Federteller befestigt, der einen Flansch 7 aufweist, der mittels einer Rille in einer Nut des Schaftes 4 der Steuernadel 1 eingerastet und dadurch fixiert ist.

[0017] Wie Figur 2 zu entnehmen ist, ist auf dem Schaft 4 ein Dauermagnet 8 und eine Stahlscheibe 9 angeordnet, die den axialen Raum des Schaftes zwischen Tellerfeder 6 und Absatz 5 nur teilweise ausfüllen und weiterhin mit radialem Spiel auf dem Schaft 4 angeordnet sind, so dass eine vollständige Entkopplung des als Scheibe ausgebildeten Dauermagneten 8 und der Stahlscheibe 9 gegenüber der Steuernadel 1 vorliegt.

[0018] Die Steuernadel 1 mit dem Federteller 6, dem Dauermagneten 8 und der Stahlscheibe 9 sind, wie in Figur 3 dargestellt, Bestandteil einer mit 10 bezeichneten Aktoreinheit. Die Aktoreinheit 10 weist eine Hülse 11 auf, in der Aktorstifte 12 unter Zwischenschaltung von Gleithülsen 13 verschiebbar geführt sind. Die Gleithülsen 13 weisen an ihren inneren Enden kegelförmige Erweiterungen 14 auf, die mit als Kugeln ausgebildeten Klemmkörpern 15 in Wirkverbindung stehen. Die Klemmkörper 15 sind in Öffnungen der Aktorstifte 12 eingebaut und werden durch die Steuerspitzen 3 der Steuernadeln 1 beherrscht. Die Aktorstifte 12 sind durch Druckfedern 16 in Ausfahrrichtung belastet, wobei sich die Druckfedern 16 an Führungselementen 17 abstützen, die an der Hülse 11 fixiert sind. Die Führungselemente 17 weisen Lager auf, in denen der Lagerbereich 2 der Steuernadeln 1 radial festgelegt, aber axial beweglich geführt ist. Der Federteller 6 der Steuernadeln 1 steht mit einer Feder 18 in Wirkverbindung, die als Druckfeder ausgebildet ist und sich weiterhin an einem Bauteil 19 abstützt, an den sich, nicht dargestellt, die Elektromagneteinheit anschließt, so dass das Bauteil 19 vorzugweise nicht magnetisch ausgeführt ist.

[0019] Zum Lösen der Klemmkörper 15 und damit Entriegeln der Aktorstifte 12 wird die nicht dargestellte Elektromagneteinheit bestromt, so dass diese die Dauermagnete 8 und die Stahlscheiben 9 anzieht und damit die Steuernadeln 1 mit Federteller 6 gegen die Kraft der Feder 18 anhebt. Durch das erfindungsgemäße Entkoppeln der Dauermagnete 8 und der Stahlscheiben 9 ist auch das Entriegeln der Steuernadeln 1 schneller geworden, da die Elektromagneteinheit zunächst nur die Dauermagnete 8 und die Stahlscheiben 9 bewegen muss, die dann, bereits beschleunigt, schneller und sicherer die Steuernadeln 1 verschieben und die Federn 18 zusammendrücken können. Haben sich die Aktorstifte 12, z.B. hervorgerufen durch Vibrationen der Hubkolbenbrennkraftmaschine, aus ihrer inneren Lage nach außen verschoben und werden z.B. durch eine Auswurframpe der Verschiebenut einen kurzen oder einen längeren Weg im Normalbetrieb zurückgeschoben, sind die Steuernadeln 1 belastet durch die Federn 18 jederzeit in der Lage kurzfristig eine Arretierung der Klemmkörper 15 vorzunehmen, da die Federn 18 nur den Federteller 6 und die Steuernadel 1 beschleunigen müssen.

Bezugszeichenliste

[0020] 

1

Steuernadel

2

Lagerbereich

3

Steuerspitze

4

Schaft

5

Absatz

6

Federteller

7

Flansch

8

Dauermagnet

9

Stahlscheibe

10

Aktoreinheit

11

Hülse

12

Aktorstifte

13

Gleithülsen

14

kegelförmige Erweiterungen

15

Klemmkörper

16

Druckfedern

17

Führungselemente

18

Federn

19

Bauteile

Ansprüche

1. Hubkolbenbrennkraftmaschine mit zumindest einem Zylinderkopf, dessen Ein- und Auslasskanäle von zumindest je einem als Ein- und Auslassventil ausgebildeten Gaswechselventil beherrscht sind, die durch Nocken zumindest einer Nockenwelle und von diesen angetriebenen Übertragungselementen betätigbar sind, wobei die Nocken als Schiebenocken mit zumindest einem Nocken pro Schiebenockeneinheit ausgebildet sind, die drehfest aber axial verschiebbar auf einer brennkraftmaschinenfest geführten, angetriebenen Grundwelle angeordnet sind, und mit zumindest einer brennkraftmaschinenfesten Aktoreinheit (10) pro Schiebenockeneinheit mit zumindest einem Aktorstift (12) zur Verschiebung der Schiebenockeneinheiten in unterschiedliche axiale Positionen mittels zumindest zwei mit den Aktorstiften (12) zusammenwirkenden Verschiebenuten am Umfang der Schiebenockeneinheiten, die schraubenförmig ausgebildet, spiegelsymmetrisch zueinander angeordnet und zumindest eine Auswurframpe für die Aktorstifte (12) aufweisen, wobei die Aktorstifte (12) in Richtung zur Schiebenockeneinheit federbelastet sind und in ihren eingefahrenen, der Schiebenockeneinheit abgewandten Position mittels arretierbarer Rasteinrichtungen festlegbar sind und wobei die Arretierungen mit Klemmkörpern (15) der Rasteinrichtungen korrespondierende, federbelastete Steuernadeln (1) aufweisen, die mittels einer Elektromagneteinheit und mit den Steuernadeln (1) in Wirkverbindung stehenden Dauermagneten (8) lösbar sind, dadurch gekennzeichnet, dass die durch Federkraft pro bewegter Masse definierte Beschleunigung der Steuernadeln (1) durch ihre Federn (18) der Beschleunigung der Aktorstifte (12) durch die ihnen zugeordneten Druckfedern (16) im Wesentlichen angeglichen sind.

2. Hubkolbenbrennkraftmaschine nach Anspruch 1, dadurch gekennzeichnet, dass die bewegte Masse der Steuernadeleinheit zwecks Angleichung der Beschleunigung entsprechend verringert ist.

3. Hubkolbenbrennkraftmaschine nach Anspruch 2, dadurch gekennzeichnet, dass die Verringerung der Masse durch Entkopplung des Dauermagneten (8) von der Steuernadel (1) erfolgt.

4. Hubkolbenbrennkraftmaschine nach einem der Ansprüche 1 bis 3, dadurch gekennzeichnet, dass die Steuernadel (1) an ihrem dem Dauermagneten (8) zugewandten Endbereich einen Schaft (4) aufweist, auf dem der Dauermagnet (8) mit radialem Spiel angeordnet ist.

5. Hubkolbenbrennkraftmaschine nach einem der vorhergehenden Ansprüche, dadurch gekennzeichnet, dass am Ende des Schaftes (4) ein Federteller (6) befestigt ist, der mit der Feder (18) der Steuernadel (1) in Verbindung steht.

6. Hubkolbenbrennkraftmaschine nach Anspruch 5, dadurch gekennzeichnet, dass der Federteller (6) mit dem Ende des Schaftes (4) verstemmt ist.

7. Hubkolbenbrennkraftmaschine nach Anspruch 5, dadurch gekennzeichnet, dass in dem Federteller (6) eine Rille eingearbeitet ist, die eine Nut am Schaft (4) der Steuernadel (1) kontaktiert.

8. Hubkolbenbrennkraftmaschine nach einem der vorhergehenden Ansprüche, dadurch gekennzeichnet, dass der Dauermagnet (8) ein axiales Spiel zwischen dem Federteller (6) und einem Absatz (5) der Steuernadel (1) aufweist.

9. Hubkolbenbrennkraftmaschine nach einem der vorhergehenden Ansprüche, dadurch gekennzeichnet, dass zusätzlich zum Dauermagneten (8) auf dem Schaft (4) der Steuernadel (1) eine Stahlscheibe (9) mit radialem und axialem Spiel angeordnet ist.

Claims

1. Reciprocating-piston internal combustion engine having at least one cylinder head, the inlet and outlet ducts of which are controlled by at least in each case one gas exchange valve in the form of an inlet valve and an outlet valve, which gas exchange valves can be actuated by cams of at least one camshaft and transmission elements driven by said cams, wherein the cams are in the form of sliding cams with at least one cam per sliding cam unit, which sliding cams are arranged in a rotationally conjoint but axially slidable manner on a driven base shaft which is guided fixedly with respect to the internal combustion engine, and having, per sliding cam unit, at least one actuator unit (10) which is fixed with respect to the internal combustion engine and which has at least one actuator pin (12) for sliding the sliding cam units into different axial positions by means of at least two slide grooves which interact with the actuator pins (12) and which are situated on the circumference of the sliding cam units, said slide grooves being of helical form, being arranged mirror-symmetrically with respect to one another and having at least one throw-out ramp for the actuator pins (12), wherein the actuator pins (12) are spring-loaded in the direction toward the sliding cam unit and can be fixed in their retracted position remote from the sliding cam unit by means of lockable detent devices, and wherein the locking means have spring-loaded control needles (1) which correspond with clamping bodies (15) of the detent devices, which control needles can be released by means of an electromagnet unit and permanent magnets (8) operatively connected to the control needles (1), characterized in that the acceleration, defined as spring force divided by mass moved, of the control needles (1) by their springs (18) and the acceleration of the actuator pins (12) by the pressure springs (16) associated therewith are substantially equalized.

2. Reciprocating-piston internal combustion engine according to Claim 1, characterized in that the moved mass of the control needle unit is correspondingly reduced for the purpose of equalization of the acceleration.

3. Reciprocating-piston internal combustion engine according to Claim 2, characterized in that the reduction of the mass is realised by decoupling of the permanent magnet (8) from the control needle (1).

4. Reciprocating-piston internal combustion engine according to one of Claims 1 to 3, characterized in that the control needle (1) has, at its end region facing towards the permanent magnet (8), a shank (4) on which the permanent magnet (8) is arranged with radial play.

5. Reciprocating-piston internal combustion engine according to one of the preceding claims, characterized in that, to the end of the shank (4), there is fastened a spring plate (6) which is connected to the spring (18) of the control needle (1).

6. Reciprocating-piston internal combustion engine according to Claim 5, characterized in that the spring plate (6) is calked with the end of the shank (4).

7. Reciprocating-piston internal combustion engine according to Claim 5, characterized in that, in the spring plate (6), there is formed a channel which makes contact with a groove on the shank (4) of the control needle (1).

8. Reciprocating-piston internal combustion engine according to one of the preceding claims, characterized in that the permanent magnet (8) exhibits axial play between the spring plate (6) and a shoulder (5) of the control needle (1).

9. Reciprocating-piston internal combustion engine according to one of the preceding claims, characterized in that, in addition to the permanent magnet (8), a steel disc (9) is arranged on the shank (4) of the control needle (1) with radial and axial play.

Revendications

1. Machine motrice à piston alternatif, comprenant au moins une culasse, dont les canaux d'entrée et de sortie sont commandés par au moins une soupape d'échange de gaz respective réalisée sous forme de soupape d'entrée et de soupape de sortie, qui peuvent être actionnées par des cames d'au moins un arbre à cames et par des éléments de transfert entraînés par celles-ci, les cames étant réalisées sous forme de cames coulissantes avec au moins une came par unité de came coulissante, lesquelles sont disposées de manière solidaire en rotation mais déplaçable axialement sur un arbre de base entraîné, guidé de manière fixée au moteur à combustion interne, et comprenant au moins une unité d'actionneur (10) fixée au moteur à combustion interne pour chaque unité de came coulissante, avec au moins une goupille d'actionneur (12) pour le déplacement des unités de cames coulissantes dans différentes positions axiales au moyen d'au moins deux rainures de coulissement coopérant avec les goupilles d'actionneur (12) sur la périphérie des unités de cames coulissantes, lesquelles sont réalisées sous forme hélicoïdale, sont disposées avec une symétrique spéculaire les unes par rapport aux autres et présentent au moins une rampe d'éjection pour les goupilles d'actionneur (12), les goupilles d'actionneur (12) étant sollicitées par ressort dans la direction de l'unité de came coulissante et pouvant être fixées dans leur position rentrée, éloignée de l'unité de came coulissante, au moyen de dispositifs d'encliquetage verrouillables, et les verrouillages présentant des aiguilles de commande (1) sollicitées par ressort et correspondant à des corps de serrage (15) des dispositifs d'encliquetage, lesquelles aiguilles de commande peuvent être libérées au moyen d'une unité d'électroaimant et d'aimants permanents (8) en liaison fonctionnelle avec les aiguilles de commande (1), caractérisée en ce que l'accélération des aiguilles de commande (1) par leurs ressorts (18), définie par la force de ressort par masse déplacée, est essentiellement ajustée à l'accélération des goupilles d'actionneur (12) par les ressorts de pression (16) qui leur sont associés.

2. Machine motrice à piston alternatif selon la revendication 1, caractérisée en ce que la masse déplacée de l'unité d'aiguilles de commande est réduite en conséquence en vue de l'ajustement de l'accélération.

3. Machine motrice à piston alternatif selon la revendication 2, caractérisée en ce que la réduction de la masse est réalisée par découplage de l'aimant permanent (8) de l'aiguille de commande (1).

4. Machine motrice à piston alternatif selon l'une quelconque des revendications 1 à 3, caractérisée en ce que l'aiguille de commande (1) présente, au niveau de sa région d'extrémité tournée vers l'aimant permanent (8), une tige (4) sur laquelle est disposé l'aimant permanent (8) avec un jeu radial.

5. Machine motrice à piston alternatif selon l'une quelconque des revendications précédentes, caractérisée en ce qu'une coupelle de ressort (6) est fixée à l'extrémité de la tige (4), laquelle coupelle de ressort est en liaison avec le ressort (18) de l'aiguille de commande (1).

6. Machine motrice à piston alternatif selon la revendication 5, caractérisée en ce que la coupelle de ressort (6) est matée avec l'extrémité de la tige (4).

7. Machine motrice à piston alternatif selon la revendication 5, caractérisée en ce qu'une gorge est pratiquée dans la coupelle de ressort (6), laquelle vient en contact avec une rainure sur la tige (4) de l'aiguille de commande (1).

8. Machine motrice à piston alternatif selon l'une quelconque des revendications précédentes, caractérisée en ce que l'aimant permanent (8) présente un jeu axial entre la coupelle de ressort (6) et un épaulement (5) de l'aiguille de commande (1).

9. Machine motrice à piston alternatif selon l'une quelconque des revendications précédentes, caractérisée en ce qu'une rondelle en acier (9) avec un jeu radial et axial est disposée en plus de l'aimant permanent (8) sur la tige (4) de l'aiguille de commande (1).

Zeichnung