DE19646934A1 - Adjustable camshaft, especially for valve-controlled internal combustion engines - Google Patents

Adjustable camshaft, especially for valve-controlled internal combustion engines

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DE19646934A1
DE19646934A1 DE19646934A DE19646934A DE19646934A1 DE 19646934 A1 DE19646934 A1 DE 19646934A1 DE 19646934 A DE19646934 A DE 19646934A DE 19646934 A DE19646934 A DE 19646934A DE 19646934 A1 DE19646934 A1 DE 19646934A1
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    • F01—MACHINES OR ENGINES IN GENERAL; ENGINE PLANTS IN GENERAL; STEAM ENGINES
    • F01L—CYCLICALLY OPERATING VALVES FOR MACHINES OR ENGINES
    • F01L1/00—Valve-gear or valve arrangements, e.g. lift-valve gear
    • F01L1/34—Valve-gear or valve arrangements, e.g. lift-valve gear characterised by the provision of means for changing the timing of the valves without changing the duration of opening and without affecting the magnitude of the valve lift
    • F01L1/344—Valve-gear or valve arrangements, e.g. lift-valve gear characterised by the provision of means for changing the timing of the valves without changing the duration of opening and without affecting the magnitude of the valve lift changing the angular relationship between crankshaft and camshaft, e.g. using helicoidal gear
    • F01L1/34413—Valve-gear or valve arrangements, e.g. lift-valve gear characterised by the provision of means for changing the timing of the valves without changing the duration of opening and without affecting the magnitude of the valve lift changing the angular relationship between crankshaft and camshaft, e.g. using helicoidal gear using composite camshafts, e.g. with cams being able to move relative to the camshaft

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  • Mechanical Engineering (AREA)
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Description

In der deutschen Patentanmeldung P 196 37 416 ist eine Verstell-Nockenwelle dargestellt, die benachbart angeordnete und zwischen maschinenseitigen An­ schlägen axial positionierte Nocken umfaßt, die über die axialgesteuert verlagerbare Nockenwelle winkelverstellbar sind. Die Axialbewegung der Nockenwelle wird über am Außenumfang angeordnete, in zur Nockenwellenachse schräg bzw. schrau­ bengangartig in den Nocken angeordnete Nuten eingreifende Führungselemente in Winkelbewegungen der Nocken umgesetzt.In the German patent application P 196 37 416 there is an adjusting camshaft shown, the adjacent and between machine-side to strikes axially positioned cams includes the axially displaceable Camshaft are adjustable in angle. The axial movement of the camshaft is over arranged on the outer circumference, at an angle to the camshaft axis or screw guide elements engaging benignly in the cams in Angular movements of the cams implemented.

Die Führungselemente und die mit diesen formschlüssig zusammenwirkenden Füh­ rungsflächen der Nuten in den Nocken unterliegen entsprechend der Häufigkeit der Nockenwellenverstellungen über den gesamten Drehzahlbereich einer Brennkraft­ maschine einem das ursprüngliche Gleitspiel zwischen Führungselement und Nut vergrößerndem Verschleiß. Dieser Verschleiß führt zu relativen Drehwinkelbewe­ gungen jedes Nockens zum jeweiligen Führungselement, wobei das verschleiß­ bedingte Spiel beim Anlauf des Nockens gegen eine Ventil-Hubführung schlagartig überwunden ist mit nachteilig akustischen Geräuschen. Weiter bedeutet ein ver­ größertes Führungsspiel bei einer mehrzylindrigen Brennkraftmaschine eine Be­ einflussung der Ventil-Steuerdiagramme mit insbesondere nachteiliger Auswirkung auf die Abgaszusammensetzung.The guide elements and the form-fittingly interacting guide The surfaces of the grooves in the cams are subject to the frequency of the Camshaft adjustments over the entire speed range of an internal combustion engine the original sliding play between the guide element and the groove increasing wear. This wear leads to relative rotation angle movement of each cam to the respective guide element, whereby the wear conditional play abruptly when the cam starts up against a valve stroke guide is overcome with disadvantageous acoustic noises. A ver Largest leadership game in a multi-cylinder internal combustion engine  Influence of the valve control diagrams with a particularly disadvantageous effect on the exhaust gas composition.

Aufgabe der Erfindung ist es, eine derartige Verstell-Nockenwelle so zu verbessern, daß ein unabhängig vom jeweiligen Verschleiß spielfreies Zusammenwirken des jeweiligen Führungselementes mit der Nut des jeweiligen Nockens erzielt ist.The object of the invention is to improve such an adjusting camshaft in such a way that that a play-free interaction of the respective guide element is achieved with the groove of the respective cam.

Diese Aufgabe ist mit dem Patentanspruch 1 gelöst mit den weiteren Mitteln, daß die Führungselemente und Nuten jeweils über miteinander derart korrespondie­ rende Führungsflächen in formschlüssigem Eingriff stehen, daß jeder Eingriff mittels einer zusätzlichen Druck-Einrichtung (Feder und/oder Schmiermitteldruck) kraftschlüssig spielfrei gehalten ist.This object is achieved with claim 1 with the further means that the guide elements and grooves each correspond to one another in such a way rende guide surfaces are in positive engagement that each intervention by means an additional pressure device (spring and / or lubricant pressure) is non-positively backlash-free.

Der Vorteil der Erfindung ist, daß bei einem Verschleiß das Führungselement in der Nut des Nockens druckgesteuert nachführbar ist und somit Spielfreiheit erreicht ist.The advantage of the invention is that the guide element in the event of wear Groove of the cam can be tracked in a pressure-controlled manner and thus freedom from play is achieved.

Bezüglich eines vorteilhaft einfachen Aufbaues sieht eine Ausgestaltung der Erfin­ dung vor, daß die Nuten in den Nocken im Querschnitt trapezförmig mit zueinander geneigten Führungsflächen gestaltet sind und die eingreifenden Führungselemente mit entsprechend korrespondierenden Querschnitten jeweils mittels der auf eine schmierkanalseitige Stirnfläche des Führungs-Bolzens einwirkenden Druck-Ein­ richtung kraftschlüssig spielfrei gehalten sind.An embodiment of the Erfin provides an advantageously simple structure tion that the grooves in the cams are trapezoidal in cross section with one another inclined guide surfaces are designed and the engaging guide elements with correspondingly corresponding cross-sections by means of the one Lubricant channel-side end face of the pressure pin acting on the guide pin direction are held without play.

Eine besonders einfache Ausgestaltung dieser Weiterbildung ist dadurch erreicht, daß als auf die Stirnfläche des Bolzens einwirkende Druck-Einrichtung eine in der Nockenwelle mit dem Bolzen fluchtend und mit Vorspannung angeordnete Druck­ feder vorgesehen ist. In weiterer vorteilhafter Ausgestaltung kann diese Druckfeder über den Schmiermitteldruck im Schmierkanal der Nockenwelle unterstützt sein.A particularly simple embodiment of this training is achieved that as acting on the end face of the bolt pressure device one in the Camshaft aligned with the bolt and pre-tensioned pressure spring is provided. In a further advantageous embodiment, this compression spring be supported by the lubricant pressure in the lubrication channel of the camshaft.

Gemäß einer anderen Ausgestaltung der Erfindung kann der Führungselement- Bolzen ausschließlich über seine schmierkanalseitige Stirnfläche vom Schmier­ mitteldruck im Schmierkanal beaufschlagt sein. According to another embodiment of the invention, the guide element Bolt only from the lubricant via its lubricant channel end face medium pressure in the lubrication channel.  

Schließlich können die Nuten im Querschnitt auch schwalbenschwanzartig mit zu­ einander geneigten Führungsflächen gestaltet sein, wobei an dem eine relativ große nutseitige Begrenzung aufweisenden Führungselement ein in der stirnseitig geschlossenen Nut herrschender Schmiermitteldruck einwirkt.Finally, the grooves can also be dovetailed in cross section mutually inclined guide surfaces can be designed, on which a relatively large Guide element on the nut-side limit in the front lubricant pressure prevailing in the closed groove.

Die Erfindung ist anhand von in der Zeichnung dargestellten Ausführungsbeispielen beschrieben. Es zeigtThe invention is based on exemplary embodiments shown in the drawing described. It shows

Fig. 1 eine Draufsicht auf eine abschnittsweise dargestellte Nockenwelle mit zwei zwischen maschinenseitigen Anschlägen angeordneten Nocken, wobei ein Nocken teilweise geschnitten die Nut aufzeigt, Fig. 1 is a plan view of a camshaft shown in sections with two stops arranged between the machine-side cams, where a cam partially showing the cut groove,

Fig. 2 einen Querschnitt durch den vorgenannten Nocken gemäß der Linie II-II mit einem federbeaufschlagten Führungselement, Fig. 2 shows a cross section through the abovementioned cams according to the line II-II with a spring-loaded guide element,

Fig. 3 einen Querschnitt durch einen weiteren Nocken mit einem aus­ schließlich hydraulisch beaufschlagten Führungselement und Fig. 3 shows a cross section through a further cam with a finally hydraulically acted on guide element and

Fig. 4 einen Nocken mit einer schwalbenschwanzartigen Nut mit entspre­ chend angepaßtem, hydraulisch beaufschlagtem Führungselement. Fig. 4 shows a cam with a dovetail-like groove with accordingly adapted, hydraulically acted upon guide element.

Eine lediglich abschnittsweise dargestellte Verstell-Nockenwelle 1 für eine nicht näher dargestellte, ventilgesteuerte Brennkraftmaschine 2 ist in maschinenseitigen Lagerböcken 3, 3' gesteuert axial verlagerbar gemäß den Pfeilen A-A' angeordnet. Auf der gesteuert axial verlagerbaren Nockenwelle 1 sind schiebebeweglich und drehwinkelverstellbar benachbarte Nocken 4 und 5 für unterschiedliche Gaswechselventile zwischen dem Lagerbock 3 und einer im Lagerbock 3' fixierten Lagerbuchse 6 als maschinenseitige Anschläge axial positioniert vorgesehen. Zur Umsetzung der Axialbewegung der Nockenwelle 1 in Winkelbewegungen der Nocken 4 und 5 umfaßt jeder der Nocken 4, 5 in seiner Lagerbohrung 7 eine zur Nockenwellenachse 8 schräg gerichtete bzw. schraubengangartig gestaltete Nut 9 zum formschlüssigen Eingriff eines an der Nockenwelle 1 gesondert angeordneten Führungselementes 10. Das Führungselement 10 ist mit einem in der einen koaxialen Schmierkanal 11 aufweisenden Nockenwelle 1 mit Passungsspiel dreh- und hubbeweglich angeordneten Bolzen 12 fest verbunden. Wie insbesondere aus den Fig. 2 mit 4 ersichtlich, steht ein den Bolzen 12 und das Führungselement 10 durchsetzend angeordneter Drosselkanal 13 mit dem Schmierkanal 11 in Verbin­ dung zwecks Zuführung von Schmiermittel in die Nut 9.An adjusting camshaft 1, which is only shown in sections, for a valve-controlled internal combustion engine 2, which is not shown in any more detail, is arranged in machine-side bearing blocks 3 , 3 'in a controlled, axially displaceable manner according to the arrows AA'. On the camshaft 1 , which is axially displaceable in a controlled manner, adjacent cams 4 and 5, which are movable and adjustable in angle of rotation, are provided for different gas exchange valves between the bearing block 3 and a bearing bush 6 fixed in the bearing block 3 'as machine-side stops. To implement the axial movement of the camshaft 1 in angular movements of the cams 4 and 5, each of the cams 4, a to the camshaft axis 8 directed obliquely or thread-like shaped groove 9 for positive engagement separately in its bearing bore 7 of one of the camshaft 1 5 arranged guide element 10 comprises. The guide member 10 is rotatable with a in a coaxial lubrication duct 11 having cam shaft 1 with fitting clearance and liftable arranged bolt 12 fixedly connected. As can be seen in particular from FIG. 2 with 4, a throttle channel 13 arranged to penetrate the bolt 12 and the guide element 10 is connected to the lubrication channel 11 in connection for the purpose of supplying lubricant into the groove 9 .

Um das aus dem Verschleiß der häufigen Axialverstellungen der Nockenwelle 1 resultierende Spiel zwischen dem Führungselement 10 und der Nut 9 zu vermeiden, steht das jeweilige Führungselement 10 und die Nut 9 des jeweiligen Nockens 4, 5 jeweils über miteinander derart korrespondieren Führungsflächen 14, 15 in formschlüssigem Eingriff, daß jeder Eingriff mittels einer zusätzlichen Druckeinrich­ tung (Feder und/oder Schmiermitteldruck) kraftschlüssig spielfrei gehalten ist. 9 to avoid the signal resulting from the wear of the frequent Axialverstellungen the camshaft 1 clearance between the guide member 10 and the groove, the respective guide member 10 and the groove 9 is the respective cam 4, 5 respectively above each other in such a way corresponding guide surfaces 14, 15 in form-fitting Intervention that each intervention by means of an additional Druckeinrich device (spring and / or lubricant pressure) is held without play.

In ersten Ausgestaltungen der Erfindung gemäß den Fig. 2 und 3 sind die Nuten 9 in den Nocken 4, 5 und 4' im Querschnitt trapezförmig mit zueinander geneigten Führungsflächen 14 und 15 gestaltet und die eingreifenden Führungselemente 10 mit entsprechend korrespondierenden Querschnitten jeweils mittels der auf eine schmierkanalseitige Stirnfläche 16 des Führungselement-Bolzens 12 einwirkenden Druck-Einrichtung (Feder und/oder Schmiermitteldruck) kraftschlüssig spielfrei gehalten.In the first embodiments of the invention according to FIGS. 2 and 3, the grooves 9 in the cams 4 , 5 and 4 'are trapezoidal in cross-section with guide surfaces 14 and 15 inclined to one another, and the engaging guide elements 10 with corresponding cross-sections each by means of a lubrication channel-side end face 16 of the guide element bolt 12 acting pressure device (spring and / or lubricant pressure) held non-positively backlash.

Gemäß Fig. 2 ist als auf die Stirnfläche 16 des Bolzens 12 einwirkende Druckein­ richtung eine in der Nockenwelle 1 mit dem Bolzen 12 fluchtend und mit Vorspan­ nung angeordnete Druckfeder 17 vorgesehen. Diese Druckfeder 17 kann über den Schmiermitteldruck im Schmierkanal 11 der Nockenwelle 1 unterstützt sein.According to Fig. 2 as to the end face 16 direction of the bolt 12 acting Druckein a voltage in the camshaft 1 in alignment with the bolt 12 and with Vorspan arranged compression spring 17 is provided. This compression spring 17 can be supported via the lubricant pressure in the lubrication channel 11 of the camshaft 1 .

Fig. 3 zeigt ein Ausführungsbeispiel, bei dem der Führungselement-Bolzen 12 über seine schmierkanalseitige Stirnfläche 16 ausschließlich vom Schmiermittel­ druck im Schmierkanal 11 beaufschlagt ist. Fig. 3 shows an embodiment in which the guide element bolt 12 is acted upon by its lubricant channel end face 16 exclusively by the lubricant pressure in the lubrication channel 11 .

Fig. 4 zeigt schließlich ein Ausführungsbeispiel, bei dem die jeweilige Nut 9' in den Nocken 4', 5' im Querschnitt schwalbenschwanzartig gestaltet ist, wobei die Nuten 9' stirnseitig mittels benachbarter Bauteile - Lagerbock 3, Nocken 4', 5, und Lagerbuchse 6 - im wesentlichen geschlossen sind. Die jeweils eingreifenden Füh­ rungselemente 10' mit entsprechend korrespondierenden Querschnitten sind jeweils kraftschlüssig spielfrei gehalten mittels eines Schmiermitteldruckes, der im wesentlichen aus der Flächendifferenz der nutenseitigen Begrenzung 18 des Füh­ rungselementes 10' und der nockenseitigen Stirnfläche 16' des Bolzens 12 resul­ tiert. Fig. 4 shows an embodiment in which the respective groove 9 'in the cam 4' 5 'is designed in cross section dovetail-like, with the grooves 9' end side by means of adjacent components - bearing block 3, cam 4 ', 5, and bushing 6 - are essentially closed. The respective engaging Füh approximately elements 10 'with corresponding cross-sections are each non-positively backlash-free by means of a lubricant pressure, the result from the area difference of the groove-side boundary 18 of the Füh approximately element 10 ' and the cam-side end face 16 'of the bolt 12 results.

Der Vorteil der Erfindung ist, daß ein verschleißbedingtes Führungsspiel zwischen jeweiligem Führungselement 10, 10' und jeweiliger Nut 9, 9' mittels mechanisch und/oder hydraulisch bewirkter Verlagerung des jeweiligen Führungselementes 10, 10' in die jeweilige Nut 9, 9' vermieden ist,wobei die korrespondierenden Führungsflächen 14, 15 und 14', 15' so zueinander geneigt angeordnet sind, daß eine Klemmwirkung nicht gegeben ist.The advantage of the invention is that a wear conditional guide play between the respective guide element 10, 10 'and respective groove 9, 9' is prevented by mechanically and / or hydraulically bewirkter displacement of the respective guide element 10, 10 'into the respective groove 9, 9', the corresponding guide surfaces 14 , 15 and 14 ', 15 ' are arranged inclined to one another in such a way that there is no clamping effect.

Claims (6)

1. Verstell-Nockenwelle, insbesondere für ventilgesteuerte Brennkraftmaschi­ nen,
  • - mit auf einer gesteuert axial verlagerbaren Nockenwelle (1) relativ zueinander zwischen maschinenseitigen Anschlägen (3, 6) winkel­ verstellbar gelagert angeordneten Nocken (4, 5; 4', 5'; 4'', 5''), die
  • - in ihren Lagerbohrungen (7) zur Nockenwellenachse (8) schräg ge­ richtet angeordnete Nuten (9, 9') aufweisen zum jeweils formschlüs­ sigen Eingriff eines gesonderten Führungselementes (10, 10'), das
  • - mit einem in der einen koaxialen Schmierkanal (11) aufweisenden Nockenwelle (1) mit Passungsspiel beweglich angeordneten Bolzen (12) fest verbunden ist, und
  • - ein den Bolzen (12) und das Führungselement (10, 10') durch­ setzend angeordneter Drosselkanal (13) mit dem Schmierkanal (11) in Verbindung steht, wobei
  • - die Führungselemente (10, 10') und die Nuten (9, 9') jeweils über miteinander derart korrespondierende Führungsflächen (14, 15; 14', 15') in formschlüssigem Eingriff stehen,
  • - daß jeder Eingriff mittels einer zusätzlichen Druck-Einrichtung (Feder 17 und/oder Schmiermitteldruck) kraftschlüssig spielfrei gehalten ist.
1. adjusting camshaft, in particular for valve-controlled internal combustion engines,
  • - With cams ( 4 , 5 ; 4 ', 5 '; 4 '', 5 '') which are arranged such that they can be displaced angularly relative to one another between machine-side stops ( 3 , 6 ) on a camshaft ( 1 ) which is axially displaceable in a controlled manner
  • - In their bearing bores ( 7 ) to the camshaft axis ( 8 ) ge obliquely arranged grooves ( 9 , 9 ') each have a form-fitting engagement of a separate guide element ( 10 , 10 ')
  • - With a in the one coaxial lubrication channel ( 11 ) having camshaft ( 1 ) movably arranged with clearance bolts ( 12 ), and
  • - One of the bolts ( 12 ) and the guide element ( 10 , 10 ') is connected to the lubrication channel ( 11 ) by a throttle channel ( 13 ), whereby
  • the guide elements ( 10 , 10 ') and the grooves ( 9 , 9 ') are each in positive engagement via guide surfaces ( 14 , 15 ; 14 ', 15 ') corresponding to one another,
  • - That each intervention is non-positively backlash-free by means of an additional pressure device (spring 17 and / or lubricant pressure).
2. Nockenwelle nach Anspruch 1, dadurch gekennzeichnet,
  • - daß die Nuten (9) in den Nocken (4, 5; 4', 5') im Querschnitt tra­ pezförmig mit zueinander geneigten Führungsflächen (14, 15) ge­ staltet sind, und
  • - die eingreifenden Führungselemente (10) mit entsprechend kor­ respondierenden Querschnitten jeweils mittels der auf eine schmier­ kanalseitige Stirnfläche (16) des Führungselement-Bolzens (12) einwirkenden Einrichtung (Feder 17 und/oder Schmiermitteldruck) kraftschlüssig spielfrei gehalten sind.
2. Camshaft according to claim 1, characterized in
  • - That the grooves ( 9 ) in the cams ( 4 , 5 ; 4 ', 5 ') in cross-section tra peziform with mutually inclined guide surfaces ( 14 , 15 ) are designed, and
  • - The engaging guide elements ( 10 ) with corresponding cor responding cross-sections are each held non-positively without play by means of the device (spring 17 and / or lubricant pressure) acting on a lubricant-side end face ( 16 ) of the guide element bolt ( 12 ).
3. Nockenwelle nach Anspruch 1 und 2, dadurch gekennzeichnet, daß als auf die Stirnfläche (16) des Bolzens (12) einwirkende Druck-Einrichtung eine in der Nockenwelle (1) mit dem Bolzen (12) fluchtend und mit Vorspannung angeordnete Druckfeder (17) vorgesehen ist.3. Camshaft according to claim 1 and 2, characterized in that as acting on the end face ( 16 ) of the bolt ( 12 ) acting pressure device in the camshaft ( 1 ) with the bolt ( 12 ) in alignment and arranged with bias pressure spring ( 17 ) is provided. 4. Nockenwelle nach Anspruch 3, dadurch gekennzeichnet, daß die auf den Bolzen (12) einwirkende Druckfeder (17) über den Schmiermitteldruck im Schmierkanal (11) der Nockenwelle (1) unterstützt ist.4. Camshaft according to claim 3, characterized in that the pressure spring ( 17 ) acting on the bolt ( 12 ) is supported via the lubricant pressure in the lubrication channel ( 11 ) of the camshaft ( 1 ). 5. Nockenwelle nach Anspruch 1 und 2, dadurch gekennzeichnet, daß der Führungselement-Bolzen (12) über seine schmierkanalseitige Stirnfläche (16) ausschließlich vom Schmiermitteldruck im Schmierkanal (11) beauf­ schlagt ist.5. Camshaft according to claim 1 and 2, characterized in that the guide element bolt ( 12 ) on its lubricant channel-side end face ( 16 ) is struck exclusively by the lubricant pressure in the lubricant channel ( 11 ). 6. Nockenwelle nach Anspruch 1 und 2, dadurch gekennzeichnet
  • - daß die Nuten (9') in den Nocken (4'', 5'') im Querschnitt schwalben­ schwanzartig mit zueinander geneigten Führungsflächen (14', 15') gestaltet sind, wobei
  • - die Nuten (9') stirnseitig mittels benachbarter Bauteile (Nocken 5'' oder 4'', Lagerbock 3, Lagerbuchse 6) im wesentlichen geschlossen sind, und
  • - die eingreifenden Führungselemente (10') mit entsprechend kor­ respondierenden Querschnitten jeweils kraftschlüssig spielfrei gehal­ ten sind mittels eines Schmiermitteldruckes, der
  • - im wesentlichen aus der Flächendifferenz der nutenseitigen Begren­ zung (18) des Führungselementes (10') und der nockenseitigen Stirnfläche (16') des Bolzens (12) resultiert.
6. Camshaft according to claim 1 and 2, characterized
  • - That the grooves ( 9 ') in the cams ( 4 '', 5 '') in cross-section swallow tail-shaped with mutually inclined guide surfaces ( 14 ', 15 ') are designed, wherein
  • - The grooves ( 9 ') are essentially closed at the end by means of adjacent components (cams 5 ''or 4 '', bearing block 3 , bearing bush 6 ), and
  • - The engaging guide elements ( 10 ') with corresponding cor responding cross-sections are each held non-positively by means of a lubricant pressure, the
  • - Essentially from the surface difference of the groove-side limitation ( 18 ) of the guide element ( 10 ') and the cam-side end face ( 16 ') of the bolt ( 12 ) results.
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