DE19702670A1 - Variable timing valve drive for motor vehicle internal combustion engine - Google Patents
Variable timing valve drive for motor vehicle internal combustion engineInfo
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Abstract
Description
Die Erfindung betrifft eine variable Ventilsteuerung für Brenn kraftmaschinen gemäß dem Oberbegriff des Anspruches 1.The invention relates to a variable valve control for combustion Engines according to the preamble of claim 1.
Variable Ventilsteuerungen der vorgenannten Art sind aus der DE 42 44 550 A1 bekannt, und zwar insbesondere zur drosselfreien Laststeuerung von Ottomotoren über die Einlaßhubfunktionen eines oder mehrerer Einlaßventile pro Zylinder. Die bekannte Ventilsteuerung besteht im Wesentlichen aus zwei gegensinnig drehenden Nockenwellen, welche über einen Schwinghebel auf das oder die in Schließrichtung federbelasteten Ventile wirken, wo bei die eine, erste Nockenwelle die Öffnet-Funktion und die zweite Nockenwelle die Schließt-Funktion bestimmen, so daß durch eine relative Verdrehung der Nockenwellen gegeneinander der Hub- und die Öffnungsdauer des oder der Ventile in weiten Bereichen verändert werden können.Variable valve controls of the aforementioned type are from DE 42 44 550 A1 known, in particular for throttle-free Load control of gasoline engines via the intake stroke functions one or more intake valves per cylinder. The well-known Valve control essentially consists of two opposite directions rotating camshafts, which have a rocker arm on the or the valves spring-loaded in the closing direction act where on one, the first camshaft the opening function and the second camshaft determine the closing function so that by a relative rotation of the camshafts against each other the stroke and opening time of the valve or valves in wide Areas can be changed.
Die relative Verdrehung der beiden Nockenwellen gegeneinander erfolgt mittels eines vier-rädrigen Koppelgetriebes, dessen An triebsrad mit der von der Kurbelwelle angetriebenen ersten Nockenwelle und dessen Abtriebsrad mit der anzutreibenden und relativ zur ersten Nockenwelle zu verdrehenden zweiten Nocken welle verbunden ist, wobei Antriebs- und Abtriebsrad über zwei Zwischenräder miteinander derart in Eingriff stehen, daß durch eine an den Koppeln angreifende, rotatorische Verstellung ein Abrollen der Zwischenräder auf den An- und Abtriebsrädern er folgt, und somit eine relative Verdrehung der beiden Nocken wellen gegeneinander erreicht wird.The relative rotation of the two camshafts against each other takes place by means of a four-wheel coupling gear, the An drive wheel with the first driven by the crankshaft Camshaft and its driven gear with the to be driven and second cams to be rotated relative to the first camshaft shaft is connected, the drive and driven wheel over two Intermediate gears are engaged with each other in such a way that a rotary adjustment engaging the coupling Unrolling the idler gears on the input and output gears follows, and thus a relative rotation of the two cams waves against each other is reached.
Weitere Lösungen zur Ausgestaltung der zwischen den Nocken und den über diese zu betätigenden Ventilen liegenden Übertragungs mittel sind beispielsweise aus der DE 43 22 480 bekannt. Bei dieser bekannten Lösung ist ein als Ventilbetätigungshebel wir kender Schwinghebel vorgesehen, und es liegt zwischen diesem Schwinghebel und den mit diesem zusammenwirkenden Nocken der Nockenwellen ein Abgriffsglied, daß gleitschuhartig längs des Schwinghebels verschiebbar und über die Nocken beider Nocken wellen beaufschlagbar ist, wobei das gleitschuhartige Abgriffs glied so über eine Feder beaufschlagt ist, daß es ständig in Anlage mit einem der Nocken der beiden Nockenwellen steht.Other solutions for designing between the cams and the transmission located over these valves to be operated medium are known for example from DE 43 22 480. At this known solution is as a valve actuation lever we Kender rocker arm provided, and it lies between this Rocker arm and the cams interacting with it Camshafts a tap that slides along the Rocking lever slidable and over the cams of both cams waves can be acted upon, the sliding shoe-like tap limb so acted upon by a spring that it is constantly in System with one of the cams of the two camshafts.
Die Ausbildung der Übertragungsmittel zwischen den Nocken der Nockenwellen und den über die Nocken zu betätigenden Ventilen ist weitgehend unabhängig von der Ausgestaltung der zur rela tiven Verdrehung der Nockenwellen gegeneinander eingesetzten Mittel, wobei vorgeschilderte, aus der DE 42 44 550 A1 bekannte Koppelgetriebe eine verhältnismäßig einfache, zuverlässige und auch raumsparende Lösung darstellen.The formation of the transmission means between the cams of the Camshafts and the valves to be operated via the cams is largely independent of the design of the rela tive rotation of the camshafts used against each other Means, described above, known from DE 42 44 550 A1 Coupling a relatively simple, reliable and also represent a space-saving solution.
Der Erfindung liegt die Aufgabe zugrunde, weitere Lösungen zur Ausgestaltung der zur relativen Verdrehung der beiden Nocken wellen gegeneinander verwendeten Mittel aufzuzeigen, die sich durch einfachen und raumsparenden Aufbau sowie gute Verstell möglichkeiten auszeichnen.The invention has for its object to provide further solutions Design of the relative rotation of the two cams to show waves used against each other due to simple and space-saving construction and good adjustment mark opportunities.
Erreicht wird dies bei einer variablen Ventilsteuerung gemäß dem Anspruch 1 durch die Ausgestaltung des Zahnradgetriebes als Umlauf-Planeten-Getriebe mit zwischen Antriebs- und Abtriebs seite liegendem und zur Veränderung der relativen Drehlage der beiden Nockenwellen zueinander verstellbaren Festrad, wobei als Festrad, bezogen auf ein gängiges Planeten-Getriebe mit Sonnen rad, Hohlrad und zwischen Sonnenrad und Hohlrad liegenden, einem Planetenradträger zugeordneten Planetenrädern das Hohlrad oder auch der Planetenradträger eingesetzt werden können.This is achieved with a variable valve control according to the claim 1 by the design of the gear transmission as Orbital planetary gearbox with between drive and output side lying and for changing the relative rotational position of the two camshafts adjustable fixed gear to each other, being as Fixed gear, based on a common planetary gear with suns wheel, ring gear and lying between sun gear and ring gear, the ring gear associated with a planet gear carrier or the planet carrier can also be used.
Insgesamt erweist es sich dabei als zweckmäßig, wenn das Sonnenrad auf einer, z. B. einer ersten Nockenwelle angeordnet wird und wenn bei als Festrad verwendetem Hohlrad die Ver bindung zur anderen, zweiten Nockenwelle über den Planetenrad träger läuft, der umfangseitig oder auch seitlich mit einem Zahnkranz versehen sein kann, der unter Verwendung von Zwi schenrädern oder auch direkt mit einem der zweiten Nockenwelle zugeordneten Zahnrad in Antriebsverbindung steht. Anstelle eines Zahnradantriebes kann auch ein Zugmitteltrieb wie bei spielsweise ein Kettentrieb mit Vorteil Verwendung finden, wenn bei gleichsinniger Drehrichtung der beiden Nockenwellen der Planetenradträger gleiche Drehrichtung wie das Sonnenrad und die mit diesem verbundenen Nockenwelle aufweist.Overall, it turns out to be useful if that Sun gear on one, e.g. B. a first camshaft and if the Ver binding to the other, second camshaft via the planet gear Carrier runs, the circumference or the side with one Sprocket can be provided using Zwi wheels or directly with one of the second camshafts assigned gear is in drive connection. Instead of A gear drive can also be a traction mechanism as in for example, use a chain drive with advantage if when the two camshafts rotate in the same direction Planet carrier in the same direction of rotation as the sun gear and the camshaft connected to it.
Um möglichst kurze Verstellwege zu erhalten, kann es zweckmäßig sein, die am jeweiligen Festrad angreifenden Stellmittel auf verhältnismäßig kleinem Durchmesser angreifen zu lassen, was sowohl bei Verwendung des Hohlrades wie auch des Planeten trägers als Festrad möglich ist.In order to obtain the shortest possible adjustment paths, it can be useful be the actuating means acting on the respective fixed gear relatively small diameter to attack what both when using the ring gear and the planet carrier as a fixed bike is possible.
Weitere Einzelheiten und Merkmale der Erfindung ergeben sich aus den Unteransprüchen.Further details and features of the invention emerge from the subclaims.
Die Erfindung wird im folgenden anhand schematisierter Aus führungsbeispiele näher erläutert. Es zeigen:The invention is described below with reference to schematic examples of management explained in more detail. Show it:
Fig. 1 in schematischer Darstellung die Antriebsverbindung zweier Nockenwellen einer variablen Ventilsteuerung über ein Umlauf-Planeten-Getriebe zur Veränderung der relativen Drehlage der beiden Nockenwellen zuein ander, Fig. 1, the drive connection of two camshafts in a schematic representation of a variable valve control via a recirculating planetary gear for changing the relative rotational position of the two camshafts zuein other,
Fig. 2 eine perspektivische Darstellung des Planeten-Ge triebes gemäß Fig. 1 bei Blickrichtung gemäß Pfeil II in Fig. 1, vereinfacht gezeichnet, und in Abweichung zu Fig. 1, mit einem dem Umfang des Hohl rades des Planeten-Getriebes zugeordneten Stell antrieb, Fig. 2 is a perspective view of the planetary gear according to FIG. 1 when looking in the direction of arrow II in Fig. 1, drawn in simplified form, and in deviation from Fig. 1, with an actuator associated with the circumference of the hollow wheel of the planetary gear set ,
Fig. 3 eine weitere Ausgestaltung einer Antriebsverbindung gemäß Fig. 1, und Fig. 3 shows a further embodiment of a drive connection according to FIG. 1, and
Fig. 4 eine weitere Ausgestaltung eines Stellantriebes gemäß Fig. 3. Fig. 4 shows a further embodiment of an actuator of FIG. 3.
In Fig. 1 ist mit 1 eine erste und mit 2 eine zweite, schema
tisch dargestellte Nockenwelle bezeichnet, wobei davon ausge
gangen ist, daß diese Nockenwellen als Bestandteil einer vari
ablen Ventilsteuerung gemeinsam im Zylinderkopf einer Brenn
kraftmaschine angeordnet sind und über ihre Nocken in hier
nicht weiter dargestellter Weise gemeinsam die Einlaßventile
der Brennkraftmaschine steuern. Ein Aufbau einer solchen vari
ablen Ventilsteuerung ist beispielsweise der DE 43 22 480 A1 zu
entnehmen.In Fig. 1, 1 denotes a first and 2 a second, schematically shown camshaft, it being assumed that these camshafts are part of a variable valve timing system together in the cylinder head of an internal combustion engine and via their cams in here
not shown in more detail jointly control the intake valves of the internal combustion engine. A structure of such a variable valve control can be found, for example, in DE 43 22 480 A1.
Im Ausführungsbeispiel ist weiter davon ausgegangen, daß die Nockenwelle 1 in hier nicht weiter gezeigter Weise über die Kurbelwelle der Brennkraftmaschine angetrieben ist. An einem stirnseitigen Ende der Nockenwelle 1 ist auf dieser das Sonnen rad 3 eines Planeten-Getriebes drehfest angebracht, das mit Planetenrädern 4 kämmt, die auf einem Planetenradträger 5 ange ordnet sind und über die das Sonnenrad 3 mit dem Hohlrad 6 an triebsverbunden ist. Das Hohlrad 6 bildet im Ausführungs beispiel ein Festrad, das zur Veränderung der relativen Drehlage der beiden Nockenwellen 1 und 2 zueinander verstellbar ist, wozu im Ausführungsbeispiel am Hohlrad 6 radial nach innen abgesetzt ein axialer Bund 7 vorgesehen ist, über den das Hohl rad 6 unter Vermittlung eines Zugmittels 8 mit dem als Stell antrieb 9 dienenden Stellmotor verbunden ist. Als Zugmittel 8 kann eine Kette, ein Zahnriemen oder auch ein beidseitig, das heißt seitens des Stellantriebes 9 wie auch des Bundes 7 rutschfest gehaltenes Zugmittel dienen.In the exemplary embodiment, it is further assumed that the camshaft 1 is driven via the crankshaft of the internal combustion engine in a manner not shown here. At one end of the camshaft 1 , the sun wheel 3 of a planetary gear is rotatably mounted on this, which meshes with planet wheels 4 , which are arranged on a planet carrier 5 and via which the sun wheel 3 is connected to the ring gear 6 . The ring gear 6 forms in the embodiment, for example, a fixed gear, which is adjustable to change the relative rotational position of the two camshafts 1 and 2 , for which purpose in the embodiment on the ring gear 6 radially inwardly an axial collar 7 is provided, via which the hollow wheel 6 under Mediation of a traction means 8 is connected to the servo motor serving as an actuator 9 . A chain, a toothed belt or also a traction means held on both sides, that is to say on the part of the actuator 9 as well as the collar 7 , can serve as traction means 8 .
Der Planetenradträger 5 ist mit einem Zahnkranz 10 versehen, der im Ausführungsbeispiel seitlich zum Planetenradträger 5 liegt, aber auch an dessen Umfang vorgesehen sein könnte. Der Planetenradträger 5 steht - im Ausführungsbeispiel unter Ver mittlung eines Zwischenrades 11 - mit einem auf der Nockenwelle 2 befestigten Zahnrad 12 in Antriebsverbindung.The planet gear carrier 5 is provided with a toothed ring 10 which, in the exemplary embodiment, lies to the side of the planet gear carrier 5 , but could also be provided on its circumference. The planet carrier 5 is - in the embodiment with the intermediation of an intermediate gear 11 - with a gear 12 attached to the camshaft 2 in drive connection.
Ausgehend von einer in der Darstellung gemäß Fig. 1 links drehenden Nockenwelle 1 ist, wie Fig. 2 zeigt, bei fest stehendem Hohlrad 6 der Planetenradträger 5 ebenfalls links drehend, so daß sich bei Verwendung eines Zwischenrades 11 für die Nockenwelle 2 eine zur Nockenwelle 1 gleichsinnige, links drehende Umlaufrichtung ergibt. Selbstverständlich ist es auch möglich, für die Nockenwelle 2 eine zur Nockenwelle 1 gegen läufige Umlaufrichtung zu erreichen, sei es dadurch, daß das Zwischenrad 11 weggelassen wird oder daß ein weiteres Zwischen rad vorgesehen wird.Starting from a camshaft 1 rotating to the left in the illustration according to FIG. 1, as shown in FIG. 2, the planet gear carrier 5 also rotates to the left when the ring gear 6 is stationary, so that when an intermediate gear 11 is used for the camshaft 2, one to the camshaft 1 in the same direction, left rotating direction of rotation. Of course, it is also possible for the camshaft 2 to reach a camshaft 1 against the circumferential direction of rotation, be it that the idler gear 11 is omitted or that another intermediate gear is provided.
Die Nockenwellen sind im übrigen so angetrieben, daß sich gleiche Drehzahlen für beide Nockenwellen ergeben, wobei über die Zwischenschaltung des Planeten-Getriebes keine Drehzahl änderung erreicht wird, sondern lediglich eine Verschiebung der relativen Drehlage der beiden Nockenwellen 1 und 2 zueinander. Im Hinblick auf den vorgesehenen Einsatzzweck einer variablen Ventilsteuerung ist eine Relativverdrehung der beiden Nocken wellen gegeneinander bis in die Größenordnung von etwa 100-150° vorgesehen.The camshafts are otherwise driven so that the same speeds result for both camshafts, with no speed change being achieved via the interposition of the planetary gear, but only a shift in the relative rotational position of the two camshafts 1 and 2 to one another. In view of the intended use of a variable valve control, a relative rotation of the two camshafts is provided against each other up to the order of magnitude of approximately 100-150 °.
Im schematischen Ausführungsbeispiel gemäß Fig. 1 ist der Durchmesser des Hohlrades 6 deutlich größer als der Durchmesser des Bundes 7. Dadurch läßt sich für den Stellantrieb ein kleinerer Stellweg erreichen als dies bei Lösungen der Fall wäre, bei denen der Stellantrieb dem Außenumfang des Hohlrades 6 zugeordnet ist, wie dies beispielsweise in Fig. 2 schematisch angedeutet ist, wo dem Umfang des Hohlrades 6 ein Stellmotor zugeordnet ist, der beispielsweise über eine Zahnstange oder dergleichen, was hier nicht näher dargestellt ist, mit einem am Umfang des Hohlrades 6 ebenfalls nicht dargestellten Zahnkranz kämmt. Der Stellmotor in Fig. 2 ist mit 13 bezeichnet.In the schematic embodiment according to FIG. 1, the diameter of the ring gear 6 is significantly larger than the diameter of the shoulder 7. This allows the actuator to have a smaller actuation travel than would be the case in solutions in which the actuator is assigned to the outer circumference of the ring gear 6 , as is schematically indicated in FIG. 2, for example, where an actuator is assigned to the circumference of the ring gear 6 is, for example, via a rack or the like, which is not shown here, meshes with a ring gear, also not shown on the circumference of the ring gear 6 . The servomotor in Fig. 2 is designated 13 .
Während beim Ausführungsbeispiel gemäß Fig. 1 das Hohlrad 6 das Festrad bildet, das lediglich über einen Winkelbereich ver drehbar ist, der dem angestrebten Winkel der Phasenverstellung zwischen den Nockenwellen 1 und 2 entspricht, ist beim Aus führungsbeispiel gemäß Fig. 3 eine Konstruktion vorgesehen, bei der bei grundsätzlich gleichem Aufbau der Ventilsteuerung und des Planetentriebes der Planetenradträger 5′ das Festrad bildet. Der Zahnkranz 10′ des Planetenradträgers steht hierfür mit einem Stellantrieb 9′ über ein Zahnrad 8′ in Verbindung, das mit dem Zahnrad 10′ kämmt und auf der Welle des Stellan triebes 9′ angeordnet ist. Selbstverständlich ist es aber auch möglich, analog zur Ausgestaltung gemäß Fig. 1 einen Stellan trieb der dort vorgesehenen Art zu verwenden. Für die sonstigen Teile der Fig. 2, die jenen der Fig. 1 entsprechen, finden entsprechende Bezugszahlen Verwendung. Da das Hohlrad 6′ beim Ausführungsbeispiel gemäß Fig. 3 die Abtriebsseite des Plane ten-Getriebes bildet, ist dieses in der gezeigten Schemadar stellung am Außenumfang mit einem Zahnkranz 14 versehen, über den es mit einem der Nockenwelle 2 zugeordneten Zahnrad 12′ kämmt.While in the embodiment of Fig. 1, the ring gear 6 forms the fixed wheel, which is ver rotatable only over an angular range corresponding to the desired angle of the phase displacement between the camshaft 1 and 2, is in the off operation example according to FIG. 3 shows a construction provided with which forms the fixed gear with basically the same structure of the valve control and the planetary gear of the planet carrier 5 '. The ring gear 10 'of the planet carrier is for this purpose with an actuator 9 ' via a gear 8 'in connection, which meshes with the gear 10 ' and on the shaft of the Stellan drive 9 'is arranged. Of course, it is also possible to use an actuator of the type provided there analogous to the embodiment of FIG. 1. Corresponding reference numerals are used for the other parts of FIG. 2 which correspond to those of FIG. 1. Since the ring gear 6 'in the embodiment of FIG. 3 forms the output side of the tarpaulin gear, this is shown in the schematic position shown on the outer circumference with a ring gear 14 , via which it meshes with a camshaft 2 associated gear 12 '.
Ist der Planetenradträger 5′ als Festrad eingesetzt, wie im Ausführungsbeispiel gemäß Fig. 3, so ergibt sich für das Hohl rad 6′ eine der Antriebsdrehrichtung der Nockenwelle 1′ entge gengesetzte Drehrichtung, so daß bei der in Fig. 3 dar gestellten Ausgestaltung der Antriebsverbindung zwischen den Nockenwellen 1′ und 2′ durch die direkte Verbindung des dem Außenumfang des Hohlrades 6 zugeordneten Zahnkranzes 14 mit dem auf der Nockenwelle 2′ sitzenden Zahnrad 12′ für die Nockenwelle 2′ eine zur Nockenwelle 1′ gleichsinnige Dreh richtung gegeben ist.Is the planet carrier 5 'used as a fixed gear, as in the embodiment shown in FIG. 3, there is for the hollow wheel 6 ' one of the drive direction of rotation of the camshaft 1 'opposite rotation direction, so that in Fig. 3 represents the design of the drive connection between the camshafts 1 'and 2 ' by the direct connection of the outer periphery of the ring gear 6 associated ring gear 14 with the on the camshaft 2 'seated gear 12 ' for the camshaft 2 'is given a direction of rotation to the camshaft 1 '.
Die schematische Darstellung der Ausführungsbeispiele 1 und 3 macht deutlich, daß durch die Verwendung eines Planetentriebes eine sehr einfache und schlankbauende Einrichtung zur Ver änderung der Drehlage der beiden Nockenwellen zueinander reali sierbar ist, wobei die dadurch geschaffene Antriebsverbindung auch axial sehr flach darstellbar ist. Hierzu ist es beispiels weise möglich, den Bund 7 auf der Gegenseite, also dem Plane tenradträger 5 axial übergreifend anzuordnen, oder den dem Planetenradträger 5 zugeordneten Zahnkranz 10 am Umfang des Planetenradträgers 5 vorzusehen.The schematic representation of the exemplary embodiments 1 and 3 makes it clear that, by using a planetary drive, a very simple and slim-line device for changing the rotational position of the two camshafts relative to one another can be realized, the drive connection created thereby also being able to be represented axially very flat. For this purpose, it is thus possible example, tenradträger 5 to arrange the collar 7 on the opposite side, ie, the plane axially across, or to provide the planet carrier 5 associated toothed ring 10 on the periphery of the planet carrier. 5
Da die Einbauverhältnisse für Motoren teilweise recht raum kritisch sind, kann es sich als zweckmäßig erweisen, einen Stellantrieb vorzusehen, der eine flexible Zuordnung des Stell motores zum Planeten-Getriebe ermöglicht. Veranschaulicht ist dies beispielsweise in Fig. 4, wo ein an beliebiger Stelle an geordneter Stellmotor 15 vorgesehen ist, der über eine flexible Zugverbindung, gegebenenfalls eine flexible Zugdruckverbindung ähnlich einem Bowdenzug, bezogen auf das Beispiel gemäß Fig. 3, mit dem als Festrad dienenden Planetenradträger 5 verbunden ist, wobei zur Rückstellung auf eine Ausgangslage, also entge gengesetzt zur Zugrichtung des Stellmotores 15 eine Zugfeder 16 vorgesehen ist. Auch ein solcher Stellantrieb kann in das Motorgehäuse integriert vorgesehen werden, bietet aber weite Variationsmöglichkeiten hinsichtlich seiner räumlichen An ordnung.Since the installation conditions for motors are sometimes very space-critical, it can be useful to provide an actuator that allows a flexible assignment of the actuator to the planetary gear. This is illustrated, for example, in FIG. 4, where an actuating motor 15 is provided at an arbitrary position, which is connected via a flexible train connection, possibly a flexible tension-pressure connection similar to a Bowden cable, based on the example according to FIG 5 is connected, a tension spring 16 being provided for resetting to an initial position, that is to say opposite to the pulling direction of the servomotor 15 . Such an actuator can also be provided integrated in the motor housing, but offers a wide range of variations in terms of its spatial arrangement.
Claims (24)
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DE1997102670 DE19702670A1 (en) | 1997-01-25 | 1997-01-25 | Variable timing valve drive for motor vehicle internal combustion engine |
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Publications (1)
Publication Number | Publication Date |
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