DE102007052254B4

DE102007052254B4 - Ventiltriebvorrichtung

Info

Publication number: DE102007052254B4
Application number: DE102007052254.3A
Authority: DE
Inventors: Dr. Ing. Meintschel Jens; Dipl.-Ing. Stolk Thomas; Dipl.-Ing. Gaisberg-Helfenberg Alexander von
Original assignee: Daimler AG
Current assignee: Mercedes Benz Group AG
Priority date: 2007-11-02
Filing date: 2007-11-02
Publication date: 2021-02-04
Anticipated expiration: 2027-11-03
Also published as: JP2011502225A; US20100236505A1; CN101842559A; EP2203631A1; JP5390529B2; WO2009056215A1; DE102007052254A1; US8601990B2

Abstract

Ventiltriebvorrichtung für eine Brennkraftmaschine mit zumindest einer Betätigungsvorrichtung (10), die dazu vorgesehen ist, ein axial verschiebbares Nockenelement (12) mittels einer ersten und einer zweiten Kulissenbahn (13, 14) zu verstellen, und mit einer Sicherheitsvorrichtung (15), die dazu vorgesehen ist, das Nockenelement (12) in zumindest einem Betriebsmodus in eine definierte Sicherheitsgrundstellung zu bewegen, wobei die Sicherheitsvorrichtung (15) eine Kulissenbahn (11) aufweist, die auf dem Nockenelement (12) angeordnet ist, und die dazu vorgesehen ist, das Nockenelement (12) in die definierte Sicherheitsgrundstellung zu bewegen und wobei die Sicherheitsvorrichtung (15) einen Betätigungsstößel (17) aufweist, der dazu vorgesehen ist, in die Kulissenbahn (11) der Sicherheitsvorrichtung (15) (11) einzugreifen, dadurch gekennzeichnet, dass die Betätigungsvorrichtung (10) einen ersten Aktuator (22) und einen zweiten Aktuator (23) aufweist und die Sicherheitsvorrichtung (15) in einem Betriebsmodus, in dem eine Fehlfunktion vorliegt, das Nockenelement (12) in eine definierte Sicherheitsgrundstellung bewegt, wobei die Sicherheitsvorrichtung (15) eine Abschaltvorrichtung (19) aufweist, die dazu vorgesehen ist, die Sicherheitsvorrichtung (15) zu deaktivieren, wobei die Abschaltvorrichtung (19) eine Elektromagneteinheit (20) umfasst, so dass mittels des ersten Aktuators (22) bei einer kalten Betriebstemperatur eine Umschaltung des Ventiltriebs Betätigungsstößel (17) umfasst, der in die zweite Kulissenbahn (14) eingreifen kann, und der Betätigungsstößel (17) des zweiten Aktuators (23) zwei stabile Stellungen aufweist, in denen er verharren kann, und das Nockenelement (12) in die definierte Sicherheitsgrundstellung verschiebbar ist, falls es sich vorher in der Schaltstellung befunden hat und sichergestellt wird, dass sich das Nockenelement (12) bei einem Kaltstart der Brennkraftmaschine in seiner definierten Sicherheitsgrundstellung befindet.

Description

Die Erfindung betrifft eine Ventiltriebvorrichtung, insbesondere für eine Brennkraftmaschine, nach dem Oberbegriff des Anspruchs 1.
Es sind bereits Ventiltriebvorrichtungen, insbesondere für eine Brennkraftmaschine bekannt, mit zumindest einer Betätigungsvorrichtung, die dazu vorgesehen ist, ein axial verschiebbares Nockenelement mittels zumindest einer Kulissenbahn zu verstellen. Derartige beispielhafte Ventiltriebvorrichtungen werden in der DE 10 2004 008 670 A1 und der DE 201 14 466 U1 beschrieben. Die DE 201 14 466 U1 zeigt insbesondere einen speziellen Aktuator für die Vorrichtung.
Aus der DE 10 2007 048 915 A1 ist eine Ventiltriebvorrichtung mit zumindest einer Betätigungsvorrichtung bekannt, die dazu vorgesehen ist, ein axial verschiebbares Nockenelement mittels einer Kulissenbahn zu verstellen, wobei eine Sicherheitsvorrichtung dazu vorgesehen ist, das Nockenelement in einem Betriebsmodus in eine definierte Sicherheitsgrundstellung zu bewegen.
Der Erfindung liegt die Aufgabe zugrunde, eine Ventiltriebvorrichtung bereitzustellen, bei der eine Gefahr einer Beschädigung durch eine unvorteilhafte Stellung des Nockenelements gesenkt werden kann. Die Aufgabe wird durch die Merkmale des unabhängigen Patentanspruchs gelöst, wobei weitere Ausgestaltungen der Erfindung den Unteransprüchen entnommen werden können.
Die Erfindung geht aus von einer Ventiltriebvorrichtung, insbesondere für eine Brennkraftmaschine, mit zumindest einer Betätigungsvorrichtung, die dazu vorgesehen ist, ein axial verschiebbares Nockenelement mittels zumindest einer Kulissenbahn zu verstellen.
Es wird vorgeschlagen, dass die Ventiltriebvorrichtung eine Sicherheitsvorrichtung umfasst, die dazu vorgesehen ist, das Nockenelement in zumindest einem Betriebsmodus in eine definierte Sicherheitsgrundstellung zu bewegen. Unter der „definierten Sicherheitsgrundstellung“ soll dabei insbesondere eine Stellung des Nockenelements verstanden werden, in der eine Grundfunktion der Ventiltriebvorrichtung, wie insbesondere ein Öffnen von Gaswechselventilen zu unkritischen Zeitpunkten, erfüllt ist. Durch eine erfindungsgemäße Ausgestaltung kann einfach eine Ventilvorrichtung realisiert werden, bei der das Nockenelement eine definierte Stellung insbesondere nach einer Fehlfunktion der Betätigungsvorrichtung aufweist. Dadurch kann ein Betrieb, bei dem unterschiedliche Nockenelemente unterschiedliche Stellungen aufweiser., vermieden werden, wodurch eine Gefahr einer Beschädigung der Ventiltriebvorrichtung gesenkt werden kann. Vorteilhafterweise ist die Sicherheitsvorrichtung unabhängig von elektronischen Steuereinheiten.
Weiter wird vorgeschlagen, dass die Sicherheitsvorrichtung eine Kulissenbahn aufweist, die auf dem Nockenelement angeordnet ist, und die dazu vorgesehen ist, das Nockenelement in die definierte Sicherheitsgrundstellung zu bewegen. Dadurch kann eine Sicherheitsvorrichtung einfach und mit einem geringen Aufwand von Bauteilen realisiert werden.
Ferner wird vorgeschlagen, dass die Sicherheitsvorrichtung zumindest einen Betätigungsstößel aufweist, der dazu vorgesehen ist, in die Kulissenbahn einzugreifen. Dadurch kann einfach eine Betätigung des Nockenelements, durch die das Nockenelement in die definierte Sicherheitsgrundstellung bewegt wird, erreicht werden.
Vorteilhafterweise ist die Betätigungsvorrichtung einstückig mit der Sicherheitsvorrichtung ausgeführt. Dadurch kann eine Anzahl von Bauteilen reduziert werden, wodurch eine besonders kostengünstige Sicherheitsvorrichtung realisiert werden kann.
Ausgangsstoff fungierende ist die Sicherheitsvorrichtung in Abhängigkeit von zumindest einem Betriebsparameter aktiviert. Dadurch kann die Sicherheitsvorrichtung gezielt auf Betriebszustände, in denen eine Fehlfunktion besonders wahrscheinlich ist, angepasst werden.
Dabei wird vorgeschlagen, dass die Sicherheitsvorrichtung in Abhängigkeit von einer Betriebstemperatur aktiviert ist. Dadurch kann sichergestellt werden, dass das Nockenelement insbesondere bei einem Kaltstart in der definierten Sicherheitsgrundstellung ist, da insbesondere bei einem fehlerbedingten Abstellen der Brennkraftkraftmaschine eine Fehlfunktion und insbesondere eine Fehlstellung des Nockenelements auftreten kann.
Nicht beansprucht ist die Sicherheitsvorrichtung dabei selbstschaltend ausgeführt. Unter „selbstschaltend“ soll dabei insbesondere verstanden werden, dass auf eine Sensorik, die die Betriebstemperatur bestimmt, wie beispielsweise ein Temperatursensor, und eine getrennt von der Sensorik ausgeführte Aktuatorik, wie beispielsweise ein Stellmotor, verzichtet wird. Dadurch kann eine Sicherheitsvorrichtung realisiert werden, die besonders unanfällig ist. Vorzugsweise sind Sensorik, wobei darunter insbesondere ein thermisch aktives Element verstanden werden soll, und Aktuatorik, wobei darunter ein die Sicherheitsvorrichtung aktivierendes Element verstanden werden soll, einstückig ausgeführt.
Vorzugsweise umfasst die Sicherheitsvorrichtung ein Federmittel. Dadurch kann einfach eine selbstschaltende Sicherheitsvorrichtung, die insbesondere unabhängig von elektrischen Aktuatoren und/oder Steuereinheiten ist, realisiert werden.
Vorteilhafterweise ist das Federmittel als ein thermisch aktives Federmittel, wie beispielsweise eine Bimetallfeder, ausgeführt.
Weiter wird vorgeschlagen, dass die Sicherheitsvorrichtung eine Abschaltvorrichtung, die dazu vorgesehen ist, die Sicherheitsvorrichtung zu deaktivieren, aufweist. Dadurch kann die Sicherheitsvorrichtung gezielt deaktiviert werden, beispielsweise wenn ein Betriebszustand vorliegt, in dem eine Fehlfunktion ausgeschlossen ist, und die Betätigungsvorrichtung das Nockenelement verstellen soll.
Erfindungsgemäß umfasst die Abschaltvorrichtung eine Elektromagneteinheit, so dass besonders einfach eine effiziente Abschaltvorrichtung realisiert werden kann.
Weitere Vorteile ergeben sich aus der folgenden Zeichnungsbeschreibung. In den Zeichnungen ist ein Ausführungsbeispiel der Erfindung dargestellt. Die Zeichnungen, die Beschreibung und die Ansprüche enthalten zahlreiche Merkmale in Kombination. Der Fachmann wird die Merkmale zweckmäßigerweise auch einzeln betrachten und zu sinnvollen weiteren Kombinationen zusammenfassen.
Dabei zeigen:

1 eine Ventiltriebvorrichtung und
2 eine Sicherheitsvorrichtung der Ventiltriebvorrichtung.

1 zeigt eine erfindungsgemäße Ausgestaltung einer Ventiltriebvorrichtung einer Brennkraftmaschine. Die Ventiltriebvorrichtung weist ein axial verschiebbares Nockenelement 12 auf, das auf einer Nockenwelle 21 angeordnet ist, und das einen schaltbaren Ventiltrieb ermöglicht.
Erfindungsgemäß umfasst die Ventiltriebvorrichtung eine Sicherheitsvorrichtung 15, die das Nockenelement 12 in einem Betriebsmodus, in dem eine Fehlfunktion vorliegt, in eine definierte Sicherheitsgrundstellung bewegt (2).
Weiter weist die Ventiltriebvorrichtung eine Betätigungsvorrichtung 10 auf, mittels der der Ventiltrieb umgeschaltet werden kann. Die Betätigungsvorrichtung 10 weist zwei Aktuatoren 22, 23 auf. Der erste Aktuator 22 ist dazu vorgesehen, mittels einer ersten Kulissenbahn 13 das Nockenelement 12 in eine Schaltstellung zu verschieben, der zweite Aktuator 23 ist dazu vorgesehen, mittels einer zweiten Kulissenbahn 14 das Nockenelement 12 in eine Grundstellung, die die definierte Sicherheitsgrundstellung bildet, zu verschieben. Die Sicherheitsvorrichtung 15 ist größtenteils einstückig mit dem zweiten Aktuator 23 und der zweiten Kulissenbahn 14 der Betätigungsvorrichtung 10 ausgeführt.
Der Aktuator 23 umfasst einen Betätigungsstößel 17, der in die Kulissenbahn 14 eingreifen kann. Mittels der Kulissenbahn 14 wird der Ventiltrieb umgeschaltet. Der Aktuator 22, der in die Kulissenbahn 13 eingreift, ist analog ausgestaltet.
Der Betätigungsstößel 17 des Aktuators 23 weist zwei stabile Stellungen auf, in denen er verharren kann, wenn keine Kräfte auf den Betätigungsstößel 17 wirken. In einer ersten Stellung ist der Betätigungsstößel 17 eingefahren und befindet sich außerhalb eines Eingriffs in die Kulissenbahn 14. Soll der Ventiltrieb geschalten werden, wird der Betätigungsstößel 17 in eine zweite Stellung ausgefahren und greift in die Kulissenbahn 14 ein, wodurch der Ventiltrieb umgeschaltet wird.
Der Betätigungsstößel 17 wird über eine Betätigungseinheit 16, die eine Elektromagneteinheit 25 aufweist, ausgefahren. Die Elektromagneteinheit 25 wird über eine nicht näher dargestellte Steuer- und/oder Regeleinheit bestromt. Abhängig von einer Richtung eines Stromflusses wirkt auf den Betätigungsstößel 17 eine Kraft, die in Richtung der ersten Stellung oder der zweiten Stellung gerichtet ist. In einem Betriebsmodus, in dem die Ventiltriebvorrichtung geschalten werden soll, wird die Elektromagneteinheit 25 derart bestromt, dass die auf den Betätigungsstößel 17 wirkende Kraft Richtung der zweiten Stellung, bzw. in Richtung der Kulissenbahn 14 gerichtet ist. Ist der Betätigungsstößel 17 ausgefahren, greift er in die Kulissenbahn 14 ein. Anschließend wird der Betätigungsstößel 17 aufgrund einer Drehbewegung des Nockenwellenelements 12 und eines ansteigenden Nutgrunds der Kulissenbahn 14 zurück in erste Stellung bewegt.
Um die Sicherheitsvorrichtung 15, die größtenteils einteilig mit der Betätigungsvorrichtung 10 ausgeführt ist, bereitzustellen, weist der Aktuator 23 ein Federmittel 18 auf, das eine temperaturabhängige Federkraft aufweist. Das Federmittel 18 ist als eine Bimetall-Feder ausgestaltet, deren Federkraft sich aufgrund der unterschiedlich ausdehnenden Metalle mit der Betriebstemperatur verändert, wodurch die Sicherheitsvorrichtung 15 selbstschaltend ist.
In einem Betriebszustand, in dem insbesondere eine kalte Betriebstemperatur vorliegt, übt das Federmittel 18 auf den Betätigungsstößel 17 eine Kraft aus, durch die der Betätigungsstößel 17 ausgefahren wird. Dadurch greift der Betätigungsstößel 17 der Betätigungsvorrichtung 10, der einstückig mit einem Betätigungsstößel der Sicherheitsvorrichtung ausgeführt ist, in die Kulissenbahn 14 ein. Die Kulissenbahn 13 ist einstückig mit einer Kulissenbahn 11 der Sicherheitsvorrichtung 15 ausgeführt. Dadurch wird das Nockenelement 12 in die definierte Sicherheitsgrundstellung verschoben, falls es sich vorher in der Schaltstellung befunden hat und es wird sichergestellt, dass sich das Nockenelement 12 insbesondere bei einem Kaltstart der Brennkraftmaschine in seiner definierten Sicherheitsgrundstellung befindet.
Um auch bei einer kalten Betriebstemperatur, bzw. bei einer kalten Brennkraftmaschine eine Umschaltung des Ventiltriebs mittels des ersten Aktuators zu ermöglichen, umfasst die Sicherheitsvorrichtung 15 eine Abschaltvorrichtung 19. Die Abschaltvorrichtung 19 umfasst eine Elektromagneteinheit 20, die einstückig mit der Elektromagneteinheit 25 der Betätigungsvorrichtung 10 ausgeführt ist. Um die Sicherheitsvorrichtung zu deaktivieren, wird die Elektromagneteinheit 20 derart bestromt, dass die Kraft der Elektromagneteinheit 20 der Kraft des Federmittels 18 auf den Betätigungsstößel 17 entgegengerichtet ist, wodurch der Betätigungsstößel 17 in der ersten Stellung stabil bleibt.
Bei einer hohen Betriebstemperatur übt das Federmittel 18 aufgrund der Ausgestaltung als eine Bimetall-Feder eine Kraft auf den Betätigungsstößel 17 aus, die vernachlässigbar klein ist. Insbesondere ist die Federkraft so klein, dass der Betätigungsstößel 17 auch ohne eine Bestromung der Elektromagneteinheit 20 stabil in der ersten Stellung bleibt.
Damit der Betätigungsstößel 17 stabil in den beiden Stellungen verbleibt, weist er einen Permanentmagneten 24 auf, der in einem Ende des Betätigungsstößels 17 angebracht ist. Der Permanentmagnet 24 wechselwirkt mit dem Aktuator 23 derart, dass in den beiden Endstellungen auf den Betätigungsstößel 17 eine Kraft wirkt, die den Betätigungsstößel 17 in den beiden Stellungen hält.
Alternativ zu dem gezeigten Ausführungsbeispiel sind auch noch weitere Ausgestaltungen denkbar.
Beispielsweise kann ein Federmittel der Sicherheitsvorrichtung als ein Federmittel ausgeführt werden, das eine von der Betriebstemperatur unabhängige Federkraft aufweist. Dadurch wirkt auf einen Betätigungsstößel grundsätzliche eine Kraft, die ihn in Richtung einer Schaltkulisse treibt. Die Sicherheitsvorrichtung würde dann durch eine konstante Bestromung einer Elektromagneteinheit deaktiviert werden, wenn eine Ventiltriebvorrichtung in eine Schaltstellung geschalten werden soll. Durch eine solche Sicherheitsvorrichtung könnte ein Nockenelement unabhängig von einer Betriebstemperatur bei einer Fehlfunktion einer Betätigungsvorrichtung in eine definierte Sicherheitsgrundstellung gebracht werden.
Weiter ist auch eine Betätigungsvorrichtung denkbar, bei dem ein Federmittel durch ein Hydraulikelement ersetzt wird, das mittels über eine Ölversorgung einer Brennkraftmaschine versorgt wird. Ein Öldruck der Brennkraftmaschine ist bei einem kalten Betriebszustand wesentlich größer als bei warmen Betriebszustand, wodurch auch dadurch einfach eine Sicherheitsvorrichtung realisiert werden kann, die abhängig von einer Betriebstemperatur schaltet. Auch bei einer solchen Sicherheitsvorrichtung ist es denkbar, die Sicherheitsvorrichtung mittels einer Elektromagneteinheit zu deaktivieren.

Claims

Ventiltriebvorrichtung für eine Brennkraftmaschine mit zumindest einer Betätigungsvorrichtung (10), die dazu vorgesehen ist, ein axial verschiebbares Nockenelement (12) mittels einer ersten und einer zweiten Kulissenbahn (13, 14) zu verstellen, und mit einer Sicherheitsvorrichtung (15), die dazu vorgesehen ist, das Nockenelement (12) in zumindest einem Betriebsmodus in eine definierte Sicherheitsgrundstellung zu bewegen, wobei die Sicherheitsvorrichtung (15) eine Kulissenbahn (11) aufweist, die auf dem Nockenelement (12) angeordnet ist, und die dazu vorgesehen ist, das Nockenelement (12) in die definierte Sicherheitsgrundstellung zu bewegen und wobei die Sicherheitsvorrichtung (15) einen Betätigungsstößel (17) aufweist, der dazu vorgesehen ist, in die Kulissenbahn (11) der Sicherheitsvorrichtung (15) (11) einzugreifen, dadurch gekennzeichnet, dass die Betätigungsvorrichtung (10) einen ersten Aktuator (22) und einen zweiten Aktuator (23) aufweist und die Sicherheitsvorrichtung (15) in einem Betriebsmodus, in dem eine Fehlfunktion vorliegt, das Nockenelement (12) in eine definierte Sicherheitsgrundstellung bewegt, wobei die Sicherheitsvorrichtung (15) eine Abschaltvorrichtung (19) aufweist, die dazu vorgesehen ist, die Sicherheitsvorrichtung (15) zu deaktivieren, wobei die Abschaltvorrichtung (19) eine Elektromagneteinheit (20) umfasst, so dass mittels des ersten Aktuators (22) bei einer kalten Betriebstemperatur eine Umschaltung des Ventiltriebs Betätigungsstößel (17) umfasst, der in die zweite Kulissenbahn (14) eingreifen kann, und der Betätigungsstößel (17) des zweiten Aktuators (23) zwei stabile Stellungen aufweist, in denen er verharren kann, und das Nockenelement (12) in die definierte Sicherheitsgrundstellung verschiebbar ist, falls es sich vorher in der Schaltstellung befunden hat und sichergestellt wird, dass sich das Nockenelement (12) bei einem Kaltstart der Brennkraftmaschine in seiner definierten Sicherheitsgrundstellung befindet.
Ventiltriebvorrichtung nach Anspruch 1, dadurch gekennzeichnet, dass die Betätigungsvorrichtung (10) einstückig mit der Sicherheitsvorrichtung (15) ausgeführt ist.
Ventiltriebvorrichtung nach einem der vorhergehenden Ansprüche, dadurch gekennzeichnet, dass die Sicherheitsvorrichtung (15) ein Federmittel (18) umfasst.