DE112011102912T5

DE112011102912T5 - Zusätzlicher Feder- und -Stössel-Mechanismus in Ventildeckel oder Lagerbrücke eingebaut

Info

Publication number: DE112011102912T5
Application number: DE112011102912T
Authority: DE
Inventors: Mark Wigsten; Philip Mott; Christopher J. Pluta
Original assignee: BorgWarner Inc
Current assignee: BorgWarner Inc
Priority date: 2010-10-21
Filing date: 2011-10-18
Publication date: 2013-06-27
Also published as: US20130192550A1; JP2013540241A; CN103154448B; US9145799B2; CN103154448A; WO2012054434A3; WO2012054434A2; JP5802758B2

Abstract

Eine Nockenwellenanordnung mit drehmomentgepulster, variabler Nockensteuerung für einen Hubkolbenverbrennungsmotor ist vorgesehen. Die Anordnung enthält ein Ritzel. Eine drehmomentgepulste Verstellereinheit ist wirksam dem Ritzel zugeordnet. Eine Nockenwelle ist wirksam dem Ritzel zugeordnet, und die Nockenwelle treibt die Verstellereinheit über Torsion an. Die Nockenwelle hat eine Nockennase, die mit einem ersten Schlepphebel zur Steuerung der Stellung eines federvorgespannten Ventils im Eingriff ist. Ein federvorgespannter zweiter Schlepphebel ist im Eingriff mit der Nockennase, die für die Torsionseingabe in die Nockenwelle sorgt.

Description

QUERVERWEIS AUF VERWANDTE ANMELDUNG
Diese Anmeldung beansprucht den Vorzug der vorläufigen US-Anmeldung Nr. 61/455,514, eingereicht am 21. Oktober 2010.
GEBIET DER ERFINDUNG
Das Gebiet der vorliegenden Erfindung bezieht sich auf Nockenwellenanordnungen, die eine variable Nockenwellenverstellung bereitstellen, die von einem über eine Nockenwelle angetriebenen drehmomentbetätigten Versteller angetrieben wird.
HINTERGRUND DER ERFINDUNG
Die variable Nockenwellenverstellung für Hubkolben-Verbrennungsmotoren wurde eingeführt, um die Emissionseigenschaften von Motoren zu modifizieren. Eine Art Nockenwellenanordnung mit variabler Nockenwellenverstellung (VCT – variable cam timing) ist im eigenen US-Patent 5,002,023 Butterfield et al. dargestellt. Butterfield et al. sehen eine Anordnung zur Nockenwellenverstellung, bei der Druckfluid, das durch Torsionsunterschiede, die auf die Auslassnockenwelle des Motors wirken, zum Antrieb der Phasenverstellung der Einlassnockenwelle verwendet wird, vor. Im eigenen US-Patent 5,107,805 Butterfield et al. und im US-Patent 6,978,749 Simpson sind Methoden zur Erhöhung der Größe der Drehmomentpulsationen in der Nockenwelle beschrieben, um eine vorteilhaftere Nockenwellenanordnung bereitzustellen, um das drehmomentpulsierte VCT-Verstellersystem, das zuvor in US-Patent 5,002,023 beschrieben wurde, auszunutzen. In einigen Anwendungen ist es wünschenswert, eine Nockenwellenanordnung mit erweiterter Größenordnung der Drehmomentpulsation ohne das Erfordernis weiterer Nocken auf der Nockenwelle, wodurch möglicherweise die Endlänge der Nockenwelle vergrößert würde, bereitzustellen. Dies ist besonders relevant bei dem Versuch, eine variable Nockenwellenverstellung mit einem drehmomentpulsierten Versteller zu verwenden, wobei die Nockenwelle in einem quer eingebauten Reihen-6-Zylinder-Verbrennungsmotor in einem frontgetriebenen Fahrzeug eingesetzt wird.
KURZE DARSTELLUNG DER ERFINDUNG
Um den oben erwähnten Wunsch offenkundig zu machen, wurde eine Offenlegung der vorliegenden Erfindung herbeigeführt. In einer bevorzugten Ausführungsform führt die vorliegende Erfindung zu einer Nockenwellenanordnung mit drehmomentpulsierter variabler Nockenverstellung für einen Hubkolbenverbrennungsmotor. Die Anordnung enthält ein Ritzel. Eine drehmomentpulsierte Verstellereinheit ist wirksam mit dem Ritzel verbunden. Eine Nockenwelle ist dem Ritzel wirksam zugeordnet und die Nockenwelle treibt eine Verstellereinheit über Torsion an. Die Nockenwelle hat eine Nockennase die mit einem ersten Schlepphebel zur Steuerung in Eingriff steht, einer Stellung eines federbelasteten Ventils. Ein zweiter Schlepphebel mit Federvorspannung wirkt auf die Nockennase, der eine Torsionseingabe in die Nockenwelle bereitstellt.
Weitere Anwendungsgebiete der vorliegenden Erfindung werden im Rahmen der folgenden detaillierten Beschreibung offensichtlich. Es versteht sich, dass die detaillierte Beschreibung und die spezifischen Beispiele zwar die bevorzugte Ausführungsform der Erfindung angeben, aber nur zu Darstellungszwecken dienen und nicht dazu, den Schutzbereich der Erfindung zu beschränken.
KURZE BESCHREIBUNG DER ZEICHNUNGEN
Die vorliegende Erfindung lässt sich aus der detaillierten Beschreibung und den begleitenden Zeichnungen besser verstehen. Es zeigen:
1 eine schematische Schnittansicht einer bevorzugten Ausführungsform der vorliegenden Erfindung;
2 eine Ansicht ähnlich der in 1 einer alternativen bevorzugten Ausführungsform der vorliegenden Erfindung;
3 eine Ansicht ähnlich der in 1 noch einer weiteren alternativen bevorzugten Ausführungsform der vorliegenden Erfindung;
4 eine perspektivische Ansicht einer Ausführungsform der vorliegenden Erfindung einer Nockenwelle, die in den in den vorausgegangenen 1–3 gezeigten Ausführungsformen der Erfindung verwendet werden kann;
5 eine axiale Schnittansicht der Nockenwelle, die in 4 gezeigt wurde;
6 eine Schnittansicht einer konzentrischen Nockenwellenanordnung nach der vorliegenden Erfindung, die sowohl die Einlass- als auch die Auslassventile steuert;
7 eine Querschnittsansicht der Nockenwellenanordnung von 6;
8 eine Seitenansicht aus einer Nockenwellenanordnung nach der vorliegenden Erfindung mit separaten Nasen sowohl zum Öffnen als auch Schließen eines gemeinsamen Ventils;
9 eine axiale Querschnittsansicht der in 8 gezeigten Nockenwellenanordnung;
10 eine Querschnittsansicht der in 8 gezeigten Nockenwelle.
DETAILLIERTE BESCHREIBUNG DER BEVORZUGTEN AUSFÜHRUNGSFORMEN
Die folgende Beschreibung der bevorzugten Ausführungsform(en) ist lediglich beispielhafter Natur und soll in keiner Weise dazu dienen, die Erfindung, ihre Anwendung oder Verwendungen zu beschränken.
Bezugnehmend auf die 1, 4 und 5 hat eine Nockenwellenanordnung 7 eines Hubkolbenverbrennungsmotors mit drehmomentpulsierter variabler Nockensteuerung gemäß der vorliegenden Erfindung eine Nockenwelle 10. Verbunden mit und wirksam der Nockenwelle 10 zugeordnet ist ein Ritzel 12. Das Ritzel 12 kann von einem flexibel gespannten Kraftübertragungselement angetrieben werden, wie einem Riemen oder einer Kette (nicht gezeigt), der/die mit einem Ritzel (nicht dargestellt), das mit einer Kurbelwelle eines Verbrennungsmotors 14 verbunden ist, im Eingriff steht. Das Ritzel 12 ist wirksam einer drehmomentpulsierten Verstellereinheit 15, die ein Schieberventil 16 umfasst, zugeordnet. Das Schieberventil 16 wird von einer elektronischen Steuereinheit (nicht dargestellt) gesteuert, um zu gestatten, dass Amplitudenspitzen des Drehmoments der Nockenwelle 10 die Verstellereinheit 15 antreiben und dadurch gestatten, dass die Nockenwelle 10 winkelverstellbar bezüglich des Ritzels 12 wird. Ein besseres Verständnis der verschiedenen Verstellereinheiten und der Eigenschaften die zur Erreichung variabler Winkelverschiebung der Nockenwelle gegenüber dem Ritzel verwendeten Verstellereinheiten genutzt werden, kann aus einer Durchsicht des eigenen U.S. Patents 5,002,023 ; des U.S. Patents 7,699,031 ; des U.S. Patents 7,318,401 ; des U.S. Patents 7,231,896 ; des U.S. Patents 7,214,153 und der veröffentlichten U.S. Patentanmeldung 2010/0170458 gewonnen werden.
Auf der Nockenwelle 10 sind eine Reihe von Nasen 18 verbunden. Die Nasen 18 bestehen in der Regel aus drei Sätzen von je zwei Nasen, die etwa 120 Grad voneinander angeordnet sind, und wie gezeigt wird die Nockenwelle 10 typischerweise für Doppeleinlass- bzw. Doppelauslassventile in einem V6-Motor verwendet. Die Nockennasen 18 sind mit einem ersten Schlepphebel 22 im Eingriff. Der Schlepphebel 22 wird von einer Feder 24 zur Steuerung des Einlass- oder Auslassventils 26 über seinen Schaft 28 vorgespannt. Das Ventil 26 öffnet oder schließt eine Öffnung 30 zum Inneren des Zylinders, das wiederum mit einem Einlass- oder Auslasskanal 32 verbunden ist. Obwohl das Drehmoment, das die Nockenwelle 10 erfährt, Amplitudenpulsationen in vielen Fällen aufgrund der gleichmäßigen Art des Winkelabstands zwischen den Nasen hat, kann es sein, dass die Nockenwellendrehschwingungen nicht eine Amplitude erreichen, die für das Antreiben der Verstellereinheit 16 optimal ist. Vor der aktuellen Erfindung wurde eine zusätzliche Nockennase mit einer Konfigurierung ähnlich der oder anders als Nase 18 zur Nockenwelle hinzugefügt, um die zusätzliche Torsionseingabe bereitzustellen. Dies erforderte typischerweise eine größere Länge der Nockenwelle, was bei einigen Konfigurationen unerwünscht ist. Eine solche Lösung wird in den oben erwähnten US-Patenten 5,107,805 und 6,978,749 (zusätzliche Nasen werden zur Nockenwelle hinzugefügt) gezeigt. Um die Notwendigkeit einer zusätzlichen Nockennase zu eliminieren, fügt die vorliegende Erfindung einen sekundären Schlepphebel 36 hinzu. Der sekundäre Schlepphebel 36 ist typischerweise durch eine Feder 40 vorgespannt. Der sekundäre Schlepphebel 36 ist typischerweise mit einer Lagerbrücke oder einem Ventildeckel 38 verbunden. Wie in 1 dargestellt, sind die Schlepphebel 22 und 36 translatorisch aufeinander ausgerichtet. In einer Nockenwellenanordnung 17 wie in 2 gezeigt, mit ähnlichen Teilen, denen ähnliche Nummern gegeben wurden, wird ein sekundärer Schlepphebel 43 winkelmäßig bezüglich der translatorischen Bahn des Schlepphebels 22 parallel verschoben. In 3, wobei ähnlichen Gegenständen ähnliche Bezugszeichen gegeben wurden, ist eine Nockenwellenanordnung 47 gezeigt, die einen primären kippartigen Schlepphebel 50 und einen sekundären kippartigen Schlepphebel 52 hat. Zusätzlich kann in anderen Anwendungen der Ausführungsformen 7, 17 und 47 eine Vielzahl von sekundären Schlepphebeln verwendet werden.
Bezugnehmend auf die 6 und 7 hat eine Nockenwellenanordnung 67 konzentrische innere und äußere Nockenwellen 68 und 70. Feststellbar mit der inneren Nockenwelle 68 verbunden ist ein Stift 72. Der Stift 72 erstreckt sich durch einen Schlitz 74, der in der äußeren Nockenwelle 70 vorgesehen ist. Stift 72 ist auch feststellbar mit der Einlassnockennase 76 verbunden. Die Einlassnockennasen 76 sind drehbar am Außendurchmesser der äußeren Nockenwelle 70 verbunden. Die Auslassnockennasen 78 sind drehstarr fixierbar auf der äußeren Nockenwelle 70 verbunden. Die äußere Nockenwelle 70 ist in Bezug auf ein Ritzel 82 drehfest. Eine Verstellereinheit ähnlich der in der vorerwähnten U.S. Patentveröffentlichung 2010/01070458 beschriebenen ermöglicht eine Winkelverschiebung der inneren Welle 68 in Bezug auf das Ritzel 82. Dementsprechend kann die Steuerung der Zylinder, bei denen die Nockenwellenanordnung 67 verwendet wird, eine variable Steuerung für die Einlassventile in Bezug auf die Auslassventilsteuerung ermöglichen. Eine ausführlichere Erläuterung der Eigenschaften der variablen Ventilsteuerung, die verwendet werden kann, ist bei Betrachtung der US-Patentveröffentlichung Nr. 2010/0,170,458 zu finden. Die Nockenwellenanordnung 67 sorgt typischerweise dafür, dass die sekundären Hebel Kontakt mit einer der Einlassnockennasen 76 haben. Die Nockenwellenanordnung 67 wird typischerweise in Vierzylindermotoren oder in einer Hälfte eines V8-Motors verwendet. In einer anderen Ausführungsform steuert die Nockenwellenanordnung 67 nur die Einlass- oder nur die Auslassventile. Beispiele sind Motoren mit vier Ventilen pro Zylinder, wobei die Nockenwellenanordnung die innere Welle für die Hälfte der Einlassventile (oder Auslassventile) hat und die äußere Welle die anderen Einlassventile (oder Auslassventile) steuert.
In den 8, 9 und 10 ist eine Nockenwellenanordnung ähnlich der bereits beschriebenen Nockenwellenanordnung 67 dargestellt. Die Nockenwellenanordnung 87 hat eine konzentrische innere Nockenwelle 88 und äußere Nockenwelle 89. Die innere Nockenwelle 88 ist über Stifte 90 mit den Nockennasen 91 verbunden. Die Nockennasen 91 drehen sich an der äußeren Nockenwelle 89. Die Nockennasen 92 sind mit der äußeren Nockenwelle 89 festellbar verbunden, die ihrerseits drehstarr feststellbar mit dem Ritzel 94 verbunden ist. Wiederum erlaubt eine Verstellereinheit 93, die von der Funktion her ähnlich der von Verstellereinheit 84 ist, der inneren Nockenwelle 88 eine winkelmäßig einstellbare Bewegung in Bezug auf das Ritzel 94. Die Nockenwellenanordnung 88 ist in der Hinsicht signifikant, dass sie gesonderte Nocken hat, mit denen ein gegebener Schlepphebel angehoben und der gleiche Schlepphebel abgesenkt werden kann. Dementsprechend wird in den meisten Situationen ein sekundärer Hebel mit einer Nockennase 91 in Eingriff gebracht. Obwohl den Nockennasen 91 nur eine Torsionseingabe bei dem ersten Stößel in einer einzigen Winkelrichtung widerfährt, erfolgt durch die Nutzung des sekundären Hebels, wie in den 1, 2 oder 3 dargestellt, eine Torsionseingabe durch die innere Welle 88 in die Nockenwelle, wodurch die Verstellereinheit 93 von der Nockenwelle angetrieben werden kann.
Obwohl nicht gezeigt, kann die vorliegende Erfindung in Nockenwellenanordnungen verwendet werden, wie im Butterfield et al. US-Patent Nr. 5,002,023 gezeigt, wobei die Nockenwelle, auf der die Verstellereinheit torsionsmäßig befestigt ist, die Auslassventile steuert und wobei es ein sekundäres Ritzel gibt, das vom Versteller verstellt wird. Das sekundäre Ritzel treibt die Einlassnockenwelle über einen Hilfsriemen an.
Die Beschreibung der Erfindung ist lediglich beispielhafter Natur, und somit sollen Variationen, die nicht vom Geist der Erfindung abweichen, innerhalb des Schutzbereichs der Erfindung liegen. Derartige Variationen sollen nicht als Abweichung vom Geist und Schutzbereich der Erfindung angesehen werden.
ZITATE ENTHALTEN IN DER BESCHREIBUNG
Diese Liste der vom Anmelder aufgeführten Dokumente wurde automatisiert erzeugt und ist ausschließlich zur besseren Information des Lesers aufgenommen. Die Liste ist nicht Bestandteil der deutschen Patent- bzw. Gebrauchsmusteranmeldung. Das DPMA übernimmt keinerlei Haftung für etwaige Fehler oder Auslassungen.
Zitierte Patentliteratur

US 5002023 [0003, 0003, 0018, 0022]
US 5107805 [0003, 0019]
US 6978749 [0003, 0019]
US 7699031 [0018]
US 7318401 [0018]
US 7231896 [0018]
US 7214153 [0018]
US 2010/01070458 [0020]
US 2010/0170458 [0020]

Claims

Drehmomentimpuls-VCT-Nockenwellenanordnung für Hubkolbenverbrennungsmotoren, Folgendes umfassend: ein Ritzel; eine drehmomentgepulste Verstellereinheit, die wirksam mit dem Ritzel verbunden ist; eine Nockenwelle, die wirksam mit dem Ritzel verbunden ist und die Verstellereinheit torsionsmäßig antreibt; eine Nockennase, die mit der Nockenwelle verbunden ist und mit einem ersten Schlepphebel zur Steuerung einer Stellung eines federbelasteten Ventils in Eingriff steht; einen zweiten Schlepphebel, mit Federvorspannung und im Eingriff mit der Nockennase zur Abgabe von Torsionsenergie an die Nockenwelle.
Nockenwellenanordnung nach Anspruch 1, wobei es sich bei dem ersten Schlepphebel um einen Schlepphebel vom Kipphebeltyp handelt.
Nockenwellenanordnung nach Anspruch 1, wobei es sich bei dem zweiten Schlepphebel um einen Schlepphebel vom Kipphebeltyp handelt.
Nockenwellenanordnung nach Anspruch 1, wobei der zweite Schlepphebel an einer Lagerbrücke befestigt ist.
Nockenwellenanordnung nach Anspruch 1, wobei der zweite Schlepphebel an einem Ventildeckel befestigt ist.
Nockenwellenanordnung nach Anspruch 1, wobei die Schlepphebel translatorisch aufeinander ausgerichtet sind.
Nockenwellenanordnung nach Anspruch 1, wobei der erste und zweite Schlepphebel winkelmäßig zueinander versetzt sind.
Nockenwellenanordnung nach Anspruch 1, bei der die Nockenwelle eine konzentrische Nockenwellenanordnung mit einer ersten Nockenwelle, die winkelverstellbar gegenüber dem Ritzel ist, und einer zweiten konzentrischen Nockenwelle ist.
Nockenwellenanordnung wie in Anspruch 8 beschrieben, wobei die erste Nockenwelle innerhalb der zweiten Nockenwelle angeordnet ist und die zweite Nockenwelle drehstarr feststellbar mit dem Ritzel verbunden ist.
Nockenwellenanordnung wie in Anspruch 8 beschrieben, mit einer besagten Nockenwelle mit Nasen zum Öffnen eines Ventils und einer anderen besagten Nockenwelle mit Nasen zum Schließen des gleichen Ventils.
Nockenwellenanordnung wie in Anspruch 8 beschrieben, mit einer Nockenwelle mit Nasen für ein Auslassventil und der anderen Nockenwelle mit Nasen für ein Einlassventil.
Nockenwellenanordnung wie in Anspruch 11 beschrieben, wobei der zweite Schlepphebel mit einer Nase für ein Einlassventil in Eingriff steht.
Nockenwellenanordnung nach Anspruch 1, wobei das Ritzel von einem flexibel gespannten Torsionskraftübertragungsglied im Eingriff mit einem Ritzel, das mit einer Kurbelwelle eines Motors verbunden ist, angetrieben wird.
Drehmomentpuls-VCT-Nockenwellenanordnung für Hubkolbenverbrennungsmotoren, Folgendes umfassend; ein Ritzel; eine drehmomentgepulste Verstellereinheit, die wirksam dem Kitzel zugeordnet ist; eine erste Nockenwelle, verbunden mit dem Ritzel und torsionsmäßig die Verstellereinheit antreibend, wobei die erste Nockenwelle über eine Vielzahl von Nasen zum Öffnen und Schließen von Auslassventilen verfügt; eine zweite Nockenwelle winkelmäßig verstellbar im Hinblick auf die erste Nockenwelle über die Verstellereinheit und konzentrisch in Bezug auf die erste Nockenwelle, wobei die zweite Nockenwelle Nockennasen hat, die wirksam Einlassventilen zugeordnet sind; einen ersten Schlepphebel, wirksam mit zumindest einem der zweiten Nockenwellennockennasen zur Steuerung der Stellung eines der Einlassventile im Eingriff; und einen zweiten federvorgespannten Schlepphebel im Eingriff mit mindestens einem der Nockennasen, der wirksam dem ersten Schlepphebel zugeordnet ist zur Abgabe von Torsionseingabe an die zweite Nockenwelle verbunden ist.
Drehmomentpuls-VCT-Nockenwellenanordnung, Folgendes umfassend: ein Ritzel; eine drehmomentgepulste Verstellereinheit, die wirksam dem Ritzel zugeordnet ist; eine erste Nockenwelle, verbunden mit dem Ritzel und torsionsmäßig die Verstellereinheit antreibend, wobei die erste Nockenwelle über eine Vielzahl von Nasen zur Steuerung einer Schließposition von federvorgespannten Ventilen verfügt; eine zweite Nockenwelle winkelmäßig verstellbar im Hinblick auf die erste Nockenwelle über die Verstellereinheit und konzentrisch in Bezug auf die erste Nockenwelle, wobei die zweite Nockenwelle über eine Vielzahl von Nasen zur Steuerung einer Öffnungsposition der Ventile verfügt; einen Schlepphebel zum Eingriff mit einer der Nasen der ersten und zweiten Nockenwelle zur Steuerung der Stellung eines federvorgespannten Ventils; und eine zweite Schlepphebelfeder mit Federeingriff mit mindestens einer Nockennase der zweiten Nockenwelle zur Abgabe von Torsionseingabe zu der zweiten Nockenwelle.