Die Erfindung betrifft eine Ventiltriebvorrichtung für eine Brennkraftmaschine, eine Brennkraftmaschine mit einer Motorbremse und ein Verfahren zum Betrieb der Ventiltriebvorrichtung.
Aus der
Der Erfindung liegt insbesondere die Aufgabe zugrunde, einen besonders zuverlässigen Betrieb einer Brennkraftmaschine zu erzielen. Sie wird durch eine erfindungsgemäße Ausgestaltung entsprechend den Ansprüchen 1 und 9, sowie durch ein erfindungsgemäßes Verfahren entsprechend dem Anspruch 10 gelöst. Weiterbildungen der Erfindung ergeben sich aus den abhängigen Ansprüchen.
Die Erfindung geht aus von einer Ventiltriebvorrichtung für eine Brennkraftmaschine, mit einem axial verschiebbaren Nockenelement und mit einer Verstellvorrichtung, die ein erstes Eingriffselement umfasst, das dazu vorgesehen ist, das Nockenelement in eine erste Schaltstellung axial zu verschieben, und die ein zweites Eingriffselement umfasst, das dazu vorgesehen ist, das Nockenelement in eine zweite Schaltstellung axial zu verschieben, wobei die Verstellvorrichtung eine erste Kulissenbahn aufweist, in welcher das erste Eingriffselement in der ersten Schaltstellung geführt ist, und eine zweite Kulissenbahn aufweist, in welcher das zweite Eingriffselement in der zweiten Schaltstellung geführt ist, wobei das erste Eingriffselement mit dem zweiten Eingriffselement zwangsgekoppelt ausgebildet ist.
Es wird vorgeschlagen, dass die Verstellvorrichtung eine Auslösevorrichtung umfasst, die dazu vorgesehen ist, das erste Eingriffselement in der zweiten Schaltstellung entgegen einer Rückstellkraft festzuhalten. Dadurch kann ein besonders sicherer Motorbetrieb, insbesondere auch bei einem Ausfall der Auslösevorrichtung, erreicht werden. Zusätzliche Auslösevorrichtungen können vorteilhaft vermieden werden. Ferner können besonders zuverlässig häufige Wechsel der Schaltstellungen durchgeführt werden, was besonders vorteilhaft für eine Motorbremse einer Bremskraftmaschine, insbesondere eines Lastkraftfahrzeugs, ist. Die Ventiltriebvorrichtung ist vorzugsweise für eine Brennkraftmaschine eines Lastkraftfahrzeugs vorgesehen.
Das Nockenelement ist vorzugsweise drehbar und axial verschiebbar gelagert. Unter einem "drehbar und axial verschiebbar gelagerten Nockenelement" soll insbesondere ein Nockenelement verstanden werden, das drehbar und axial verschiebbar gegenüber einem Zylinderkopf oder einem anderen ortsfest angeordneten Bauteil der Brennkraftmaschine gelagert ist. Vorzugsweise nimmt ein Lagerelement das Nockenelement drehbar auf und ist, insbesondere gemeinsam mit dem Nockenelement, axial verschiebbar in dem Zylinderkopf gelagert. Der Begriff "axial" ist insbesondere auf eine Hauptrotationsachse des Nockenelements bezogen, sodass der Ausdruck "axial" insbesondere eine Richtung bezeichnet, die parallel oder koaxial zu der Hauptrotationsachse verläuft. Ferner ist der Begriff "radial" insbesondere auf die Hauptrotationsachse des Nockenelements bezogen, sodass der Ausdruck "radial" insbesondere eine Richtung bezeichnet, die senkrecht zu der Hauptrotationsachse verläuft.
Das Nockenelement ist vorzugsweise zur Ventilhubumschaltung axial verschiebbar. Unter einer "Ventilhubumschaltung" soll insbesondere eine diskrete Umschaltung zwischen zumindest zwei Ventilbetätigungskurven, die eine Betätigung zumindest eines Gaswechselventils definieren, verstanden werden. Unter einem "Nockenelement" soll insbesondere ein Element verstanden werden, das zumindest einen Nocken zu einer Betätigung eines Gaswechselventils aufweist. Bevorzugt ist lediglich das erste Eingriffselement zu einer axialen Verschiebung des Nockenelements in zwei entgegengesetzte Richtungen vorgesehen. Unter einer "ersten Schaltstellung" soll in diesem Zusammenhang insbesondere eine Betriebsstellung verstanden werden. Unter einer "zweiten Schaltstellung" soll in diesem Zusammenhang insbesondere eine Auslösestellung und/oder eine Motorbremsstellung verstanden werden. Bevorzugt ist die Rückstellkraft zumindest im Wesentlichen konstant. Unter "vorgesehen" soll insbesondere speziell ausgebildet, ausgelegt, ausgestattet und/oder angeordnet verstanden werden.
In einer weiteren Ausgestaltung der Erfindung wird vorgeschlagen, dass die Auslösevorrichtung einen Elektromagneten umfasst, der dazu vorgesehen ist, das erste Eingriffselement in der zweiten Schaltstellung entgegen der Rückstellkraft festzuhalten. Vorteilhaft ist die Auslösevorrichtung dazu vorgesehen, eine Auslösekraft bereitzustellen, die vom Nockenelement ausgehend radial verläuft. Dadurch kann eine besonders langlebige und schnelle Aktivierung und/oder Beibehaltung der zweiten Schaltstellung erreicht werden. Dies ist besonders vorteilhaft, wenn die Ventiltriebvorrichtung für einen Motorbremsvorgang eingesetzt wird.
Des Weiteren wird vorgeschlagen, dass die Auslösevorrichtung eine Rückstellfeder umfasst, die zur Ausübung der Rückstellkraft auf das erste Eingriffselement in Richtung der ersten Kulissenbahn vorgesehen ist. Vorzugsweise bildet die Rückstellfeder eine Schraubendruckfeder aus. Weiterhin vorteilhaft ist die Rückstellkraft radial in Richtung des Nockenelements ausgerichtet. Dadurch kann die erste Schaltstellung vorteilhaft ohne eine externe Energiezufuhr aktiviert und/oder beibehalten werden. In einem Störfall des Elektromagneten kann die erste Schaltstellung zuverlässig eingenommen werden.
Weiterhin wird vorgeschlagen, dass die Rückstellfeder dazu vorgesehen ist, das erste Eingriffselement nach einer Abschaltung des Elektromagneten in die erste Kulissenbahn zur Durchführung eines Schaltvorgangs in die erste Schaltstellung zurückzuführen. Somit kann ein Betrieb bei einem elektrischen Ausfall des Elektromagneten vorteilhaft in der ersten Schaltstellung fortgeführt werden. Weiterhin wird zur Durchführung des Schaltvorgangs in die erste Schaltstellung vorteilhaft keine externe Energie, wie insbesondere elektrische Energie, benötigt.
Ferner wird vorgeschlagen, dass die erste Kulissenbahn dazu vorgesehen ist, bei einer Drehung des Nockenelements in der ersten Schaltstellung das erste Eingriffselement oszillierend in eine Radialrichtung des Nockenelements zu bewegen. Vorzugsweise weist die erste Kulissenbahn, über einen Umfangsverlauf betrachtet, verschiedene Abstände zur Hauptrotationsachse des Nockenelements auf. Dadurch kann das erste Eingriffselement vorteilhaft in Abhängigkeit von einem Drehwinkel des Nockenelements herangeführt werden. Dadurch kann vorteilhaft eine erhöhte Betriebssicherheit erreicht werden.
Zudem wird vorgeschlagen, dass das erste Eingriffselement derart zur Auslösevorrichtung angeordnet ist, dass die Rückstellkraft in einem Bewegungsteilbereich des ersten Eingriffselements größer ist als eine auf das erste Eingriffselement wirkende Auslösekraft der Auslösevorrichtung. Unter einer "Auslösekraft" soll in diesem Zusammenhang insbesondere eine Haltekraft und/oder eine Magnetkraft, insbesondere eine anziehende Magnetkraft, verstanden werden. Unter einem "Bewegungsteilbereich" soll in diesem Zusammenhang insbesondere ein Teilbereich eines maximal möglichen Bewegungsbereichs verstanden werden. Die Auslösevorrichtung wirkt auf das erste Eingriffselement vorzugsweise lediglich in einem Nahbereich mit einer größeren Auslösekraft als die Rückstellkraft. Dadurch kann ein Schaltvorgang in einer ungewollten Drehwinkellage des Nockenelements vorteilhaft vermieden werden. Eine zeitliche Steuerung der Auslösevorrichtung kann vorteilhaft auch unpräzise und/oder unabhängig von einer Drehwinkellage des Nockenelements erfolgen.
Des Weiteren wird vorgeschlagen, dass die Verstellvorrichtung ein Hebelelement umfasst, das das erste Eingriffselement und das zweite Eingriffselement um eine gemeinsame Schwenkachse lagert. Bevorzugt verläuft die Schwenkachse parallel zur Hauptrotationsachse des Nockenelements. Dadurch kann bei einfacher konstruktiver Ausgestaltung eine Bewegung des zweiten Eingriffselements an das erste Eingriffselement gekoppelt werden. Weitere Auslösevorrichtungen können vorteilhaft vermieden werden. Eine Synchronisation zwischen einer Bewegung des ersten Eingriffselements und einer Bewegung des zweiten Eingriffselements kann besonders betriebssicher und langlebig erreicht werden.
Ferner wird vorgeschlagen, dass die Ventiltriebvorrichtung eine Nockenwelle zur drehfesten Lagerung des Nockenelements umfasst, wobei die Verstellvorrichtung an einem freien Längsende der Nockenwelle angeordnet ist. Dadurch kann die Ventiltriebvorrichtung besonders einfach in eine Brennkraftmaschine integriert werden. Unter einem "freien Längsende" soll in diesem Zusammenhang insbesondere ein freies Ende bezogen auf eine Haupterstreckungsrichtung eines Elements verstanden werden.
Weiterhin wird eine Brennkraftmaschine mit einer Motorbremse, die eine erfindungsgemäße Ventiltriebvorrichtung aufweist, vorgeschlagen. Hierbei kann eine besonders häufige Umschaltung des Nockenelements zum zuverlässigen Aktivieren einer Motorbremse erfolgen.
Zudem wird ein Verfahren zur axialen Verschiebung eines sich drehenden Nockenelements in zwei entgegengesetzte Richtungen von einer ersten Schaltstellung in eine zweite Schaltstellung vorgeschlagen, mit einer Verstellvorrichtung, wobei ein erstes Eingriffselement mit einem zweiten Eingriffselement zwangsgekoppelt ist und wobei das erste Eingriffselement von einer Auslösevorrichtung in der zweiten Schaltstellung entgegen einer Rückstellkraft festgehalten wird. Dadurch kann eine besonders hohe Betriebssicherheit erreicht werden.
Weitere Vorteile ergeben sich aus der folgenden Figurenbeschreibung. In den
Dabei zeigen:
Die
Die Ventiltriebvorrichtung weist eine Verstellvorrichtung 11 auf. Die Verstellvorrichtung 11 umfasst ein erstes Eingriffselement 12. Das erste Eingriffselement 12 ist dazu vorgesehen, das Nockenelement 10 in eine erste Schaltstellung axial zu verschieben. Das erste Eingriffselement 12 ist zylinderförmig ausgebildet.
Die Verstellvorrichtung 11 weist eine erste Kulissenbahn 14 auf. Die erste Kulissenbahn 14 weist unterschiedliche Segmente auf. Ein Segment bildet ein erstes Einspursegment 27 aus. Ein weiteres Segment bildet ein erstes Verstellsegment 28 aus. Das erste Einspursegment 27 verläuft in Umfangsrichtung und weist drei in Umfangsrichtung um 120° versetzte Erhebungen auf. Die erste Kulissenbahn 14 weist somit, über einen Umfangsverlauf betrachtet, verschiedene Abstände zur Hauptrotationsachse 23 des Nockenelements 10 auf. Läuft das erste Eingriffselement 12 auf dem ersten Einspursegment 27, führt es während einer Rotation des Nockenelements 10 eine oszillierende Bewegung aus. Einen maximalen Oszillationswinkel erreicht das erste Eingriffselement 12 auf einer der Erhebungen. Einen minimalen Oszillationswinkel erreicht das erste Eingriffselement 12 bei einer Mitte zwischen zwei Erhebungen. Die erste Kulissenbahn 14 ist dazu vorgesehen, bei einer Drehung des Nockenelements 10 in der ersten Schaltstellung das erste Eingriffselement 12 oszillierend in eine Radialrichtung 19 des Nockenelements 10 zu bewegen.
Neben dem ersten Einspursegment 27 schließt das erste Verstellsegment 28 an. Das erste Verstellsegment 28 weist eine Richtung mit einer radialen und einer axialen Komponente auf. Durch die axiale Komponente kann das Nockenelement 10 axial verschoben werden. Eine radiale Tiefe des ersten Verstellsegments 28 entspricht einer radialen Tiefe des ersten Einspursegments 27. Eine radiale Höhe einer ersten Führungswandung 29 des ersten Verstellsegments 28 ist gleichbleibend.
Die Verstellvorrichtung 11 umfasst ein zweites Eingriffselement 13. Das zweite Eingriffselement 13 ist dazu vorgesehen, das Nockenelement 10 in eine zweite Schaltstellung axial zu verschieben. Die Verstellvorrichtung 11 ist an einem freien Längsende 26 der Nockenwelle 22 angeordnet. Das zweite Eingriffselement 13 ist zylinderförmig ausgebildet.
Die Verstellvorrichtung 11 weist eine zweite Kulissenbahn 15 auf. Die zweite Kulissenbahn 15 ist axial zur ersten Kulissenbahn 14 beabstandet. Die zweite Kulissenbahn 15 weist unterschiedliche Segmente auf. Ein Segment bildet ein zweites Einspursegment 30 aus. Das zweite Einspursegment 30 verläuft in Umfangsrichtung und weist einen in Umfangsrichtung gleichbleibenden Abstand zur Hauptrotationsachse 23 auf. Neben dem zweiten Einspursegment 30 schließt ein zweites Verstellsegment 31 an. Das zweite Verstellsegment 31 weist eine Richtung mit einer radialen und einer axialen Komponente auf. Durch die axiale Komponente kann das Nockenelement 10 axial verschoben werden. Das zweite Verstellsegment 31 ist weiter von der Hauptrotationsachse 23 beabstandet als das zweite Einspursegment 30.
Zwischen dem zweiten Einspursegment 30 und dem zweiten Verstellsegment 31 ist über einen gesamten Umfang eine Stufe ausgebildet. Eine Höhe einer zweiten Führungswandung 32 des zweiten Verstellsegments 31 nimmt in Umfangsrichtung ab. Das zweite Verstellsegment 31 ist dazu vorgesehen, bei einer Aktivierung der zweiten Schaltstellung das zweite Eingriffselement 13 entlang der zweiten Führungswandung 32 in das Einspursegment 30 zu führen. Das Nockenelement 10 wird dabei axial verschoben. Die zweite Führungswandung 32 schließt einen spitzen Winkel zu einer Hauptrotationsebene des Nockenelements 10 ein. Die Hauptrotationsebene verläuft senkrecht zur Hauptrotationsachse 23.
Das erste Eingriffselement 12 ist in der ersten Schaltstellung in der ersten Kulissenbahn 14 geführt. Die Ventiltriebvorrichtung befindet sich hierbei in einem Befeuerungsmodus. Das erste Eingriffselement 12 wird auf der ersten Kulissenbahn 14 in einer radialen Richtung auf und ab bewegt. Die
Das zweite Eingriffselement 13 ist während des Befeuerungsmodus von der zweiten Kulissenbahn 15 beabstandet. Das erste Eingriffselement 12 ist mit dem zweiten Eingriffselement 13 zwangsgekoppelt ausgebildet. Die Verstellvorrichtung 11 umfasst ein Hebelelement 33. Das Hebelelement 33 lagert das erste Eingriffselement 12 und das zweite Eingriffselement 13 um eine gemeinsame Schwenkachse 21. Die gemeinsame Schwenkachse 21 verläuft parallel zur Hauptrotationsachse 23 des Nockenelements 10.
Die Auslösevorrichtung 16 umfasst eine Rückstellfeder 18. Die Rückstellfeder 18 belastet das erste Eingriffselement 12 mit einer Rückstellkraft. Die Rückstellfeder 18 ist dabei zur Ausübung der Rückstellkraft auf das erste Eingriffselement 12 in Richtung der ersten Kulissenbahn 14 vorgesehen. Die Rückstellfeder 18 bildet eine Schraubendruckfeder aus. Die Rückstellkraft ist radial in Richtung des Nockenelements 10 ausgerichtet.
Die Verstellvorrichtung 11 umfasst eine Auslösevorrichtung 16. Die Auslösevorrichtung 16 ist zur Änderung des Betriebsmodus vorgesehen. Genauer gesagt ist die Auslösevorrichtung 16 zur Aktivierung eines Motorbremsmodus vorgesehen. Die Auslösevorrichtung 16 hält hierfür das erste Eingriffselement 12 entgegen der Rückstellkraft fest (
Die Auslösevorrichtung 16 ist dazu vorgesehen, eine Auslösekraft bereitzustellen, die vom Nockenelement 10 ausgehend radial verläuft. Die Auslösekraft entspricht in diesem Ausführungsbeispiel einer Magnethaltekraft. Der Elektromagnet 17 ist, radial von der Hauptrotationsachse 23 ausgehend, hinter dem ersten Eingriffselement 12 angeordnet. Der Elektromagnet 17 zieht das erste Eingriffselement 12 in einem aktivierten Zustand an. Der Elektromagnet 17 umfasst eine Magnetspule 24. Der Elektromagnet 17 umfasst ferner ein Magnetgehäuse 25, in welchem die Magnetspule 24 angeordnet ist. Die Rückstellfeder 18 ist innerhalb des Magnetgehäuses 25 angeordnet. Die Rückstellfeder 18 ist von der Magnetspule 24 umgeben. Die Rückstellfeder 18 ist koaxial zur Magnetspule 24 angeordnet.
Das erste Eingriffselement 12 ist dabei derart zur Auslösevorrichtung 16 angeordnet, dass die Rückstellkraft in einem Bewegungsteilbereich 20 des ersten Eingriffselements 12 größer ist als eine auf das erste Eingriffselement 12 wirkende Auslösekraft der Auslösevorrichtung 16. Ein Abstand zwischen dem Elektromagneten 17 und eine Magnetkraftkraft des Elektromagneten 17 sind dabei von einem Fachmann so ausgelegt, dass die Auslösekraft die Rückstellkraft nur im Bereich des minimalen Oszillationswinkels übersteigt.
Wird der Elektromagnet 17 beispielsweise im Bereich des maximalen Oszillationswinkel aktiviert, löst die Auslösevorrichtung 16 nicht aus, da die auf das Eingriffselement 12 wirkende Magnetkraft geringer ist als die Rückstellkraft der Rückstellfeder 18. Mit einem abnehmenden Oszillationswinkel und der damit verbundenen Annäherung des ersten Eingriffselements 12 an den Elektromagneten 17 vergrößert sich die Wirkung der Magnetkraft auf das erste Eingriffselement 12 und übersteigt die Rückstellkraft schließlich in einem Nahbereich. Daraufhin wird das erste Eingriffselement 12 an den Elektromagneten 17 herangezogen.
Durch das Hebelelement 33 wird das zweite Eingriffselement 13 an die zweite Kulissenbahn 15 angelegt. Das Nockenelement 10 wird durch Anlage des zweiten Eingriffselements 13 an der zweiten Führungswandung 32 axial verschoben und bewegt sich dann in das zweite Einspursegment 30. Dadurch ist das Nockenelement 10 axial verriegelt (
Zum Zurückschalten in die erste Schaltstellung wird der Elektromagnet 17 abgeschaltet. Die Rückstellfeder 18 ist dazu vorgesehen, das erste Eingriffselement 12 nach der Abschaltung des Elektromagneten 17 in die erste Kulissenbahn 14 zur Durchführung des Schaltvorgangs in die erste Schaltstellung zurückzuführen. Bei einem Ausfall des Elektromagneten 17 erfolgt ebenfalls die Durchführung des Schaltvorgangs in die erste Schaltstellung.
Wie in der
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