DE19747011A1 - Variable Ventilsteuerung für Brennkraftmaschinen - Google Patents

Description

Die Erfindung betrifft eine variable Ventilsteuerung für Brennkraftmaschinen gemäß dem Oberbegriff des Anspruches 1.

Variable Ventilsteuerungen der vorgenannten Art sind aus der DE 42 44 550 A1 bekannt. Sie dienen insbesondere dem Zweck der drosselfreien Laststeuerung bei Otto-Motoren durch Veränderung des Hubes und der Steuerzeiten der Einlaßventile. Konstruktiv besteht die bekannte Ventilsteuerung im wesentlichen aus zwei gegensinnig drehenden Nockenwellen, die, bezogen auf ein Ventil, über ihre Nocken gemeinsam unter Vermittlung eines Schwinghebels das in Schließrichtung federbelastete Ventil beaufschlagen, wobei die eine, erste Nockenwelle die Öffnet-Funktion und die andere, zweite Nockenwelle die Schließt- Funktion bestimmt, so daß durch eine relative Verdrehung der Nockenwellen gegeneinander der Hub und die Öffnungsdauer des Ventils in weiten Bereichen veränderlich ist.

Zur relativen Verdrehung der beiden Nockenwellen gegeneinander dient ein vierrädriges Koppelgetriebe, dessen Antriebsrad mit der von der Kurbelwelle angetriebenen ersten Nockenwelle und dessen Abtriebsrad mit der über das Koppelgetriebe anzutreibenden und relativ zur ersten Nockenwelle zu verdrehenden zweiten Nockenwelle verbunden ist, wobei Antriebs- und Abtriebsrad mit zwei Zwischenrädern kämmen, die wechselseitig in Eingriff stehen und wobei Antriebsrad, Abtriebsrad und Zwischenräder über Koppeln miteinander verbunden sind, derart, daß durch Verschwenken der Koppeln die Zwischenräder auf den An- und Abtriebsrädern abwälzen, so daß durch Verschwenken des Koppelgetriebes über ein um die Achse des Antriebs- oder Abtriebsrades schwenkbares und mit der entsprechenden Koppel verbundenes Stellglied eine relative Verdrehung der beiden Nockenwellen gegeneinander erreicht wird. Das Stellglied wird dabei über einen Stellmotor beaufschlagt, wobei die durch Stellglied und Stellmotor gebildete Verstelleinrichtung eine sehr feinfühlige Verstellung des Koppelgetriebes ermöglichen muß, um eine entsprechend fein dosierbare Laststeuerung zu realisieren.

Im Rahmen der Erfindung läßt sich dies bei einer weitgehend auch raumsparenden Bauweise dadurch erreichen, daß als Stellglied ein axial zum Verstellgetriebe versetzt angeordnetes Stellrad vorgesehen wird.

Bei stirnseitig am die Nockenwellen aufnehmenden Lagergehäuse angeordnetem Verstellgetriebe kann das Stellrad zwischen Verstellgetriebe und Stirnwand des Lagergehäuses oder auch jenseits des Lagergehäuses, koaxial zu einer der Nockenwellen angeordnet werden, wobei die Lagerung auf der Nockenwelle erfolgen kann. Eine bevorzugte Ausführung sieht bei zwischen Verstellgetriebe und Stirnwand des Lagergehäuses angeordnetem Stellrad eine Lagerung auf einem die Nockenwelle umschließenden Bund des Lagergehäuses vor, da so eine weitgehende schwingungsmäßige Entkoppelung zwischen Nockenwelle und Stellrad erreicht werden kann. Das Stellrad kann bei beiden Anordnungsvarianten mit großem Durchmesser ausgeführt werden, und zwar auch bei Lagerung des Stellrades zwischen Stirnwand des Lagergehäuses und Verstellgetriebe. Dies insbesondere dann, wenn das Stellrad bei umfangsseitiger Verzahnung die Verzahnung auf einem Segment größeren Durchmessers trägt, das sich über einen dem Verstellweg entsprechenden Umfangswinkel erstreckt, und für den Rest des Umfanges auf einen kleineren Durchmesser zurückgenommen ist, so daß sich stirnseitige, etwa radial verlaufende Begrenzungskanten des verzahnten Segmentbereiches ergeben. Diese Begrenzungskanten können gleichzeitig als Anschlagflächen dienen, wobei der Gegenanschlag durch die Nockenwelle gebildet sein kann, die der koaxial zum Stellrad liegenden Nockenwelle gegenüberliegt. Eine solche anschlagmäßige Begrenzung des Verstellweges ist im Rahmen der Erfindung zweckmäßig, um bei bestimmten Lastgrenzwerten, zum Beispiel Leerlauf und/oder Vollast eine bestimmte Einstellposition zu fixieren.

Im Rahmen der Erfindung erweist es sich weiter als zweckmäßig, wenn das Stellrad einen Verstellexzenter trägt, der beispielsweise durch einen Bund des Stellrades gebildet ist, so daß über eine pleuelartige Verbindung das Stellrad mit einer der Koppeln des Verstellgetriebes verbunden werden kann, wobei die Verbindung bevorzugt achsgleich zu einer der Verbindungsachsen zwischen zwei miteinander verbundenen Koppeln, insbesondere achsgleich auch zu einem der Zwischenräder erfolgt. Eine solche Verbindung des Stellrades mit dem Verstellgetriebe gibt zusätzlich die Möglichkeit, das Übersetzungsverhältnis in Abhängigkeit von der Stellung des Exzenters in jenen Lastbereichen besonders groß zu wählen, wo es auf eine besonders feinfühlige Dosierung ankommt, beispielsweise also im Leerlaufbereich.

Weitere Einzelheiten und Merkmale der Erfindung ergeben sich aus den Ansprüchen. Ergänzend wird die Erfindung nachstehend anhand eines Ausführungsbeispieles noch näher erläutert. Es zeigen:

Fig. 1 eine Draufsicht auf ein Stirnende eines Zylinderkopfes einer Brennkraftmaschine mit einem Nockenwellenlagergehäuse und dem in der Antriebsverbindung der Nockenwellen liegenden Verstellgetriebe, teilweise im Schnitt

Fig. 2 einen Schnitt gemäß Linie II-II in Fig. 1,

Fig. 3 einen Schnitt gemäß Linie III-III in Fig. 2 und

Fig. 4 eine abgewandelte Ausführungsform in einer Darstellung gemäß Fig. 3.

Die erfindungsgemäße Ausgestaltung einer variablen Ventilsteuerung geht von einem Konstruktionsprinzip aus, wie es beispielsweise in der DE 42 44 550 A1 dargelegt wird, wobei auf diese Darlegungen ausdrücklich Bezug genommen wird. Bei einer derartigen Lösung sind zur variablen Steuerung der im Zylinderkopf der Brennkraftmaschine angeordneten Einlaßventile zwei Nockenwellen vorgesehen, die über ein stirnseitig des Zylinderkopfes angeordnetes vierrädriges Koppelgetriebe als Verstellgetriebe antriebsverbunden und in ihrer Drehlage zueinander veränderbar sind.

Die in Fig. 1 mit 1 und 2 bezeichneten Nockenwellen sind dabei in einem Lagergehäuse 3 angeordnet, das sich in nicht näher gezeigter Weise längs des Zylinderkopfes der Brennkraftmaschine erstreckt und die parallel zur Längsmittelebene der Brennkraftmaschine und des Zylinderkopfes liegenden Nockenwellen 1, 2 aufnimmt, wobei die Nockenwellen in Lagerböcken gelagert sind, die zwischen aufeinanderfolgenden Zylindern sowie auch an den Stirnseiten des Lagergehäuses 3 vorgesehen sind. Ein stirnseitiger Lagerbock ist in Fig. 1 gezeigt und mit 4 bezeichnet. Die Nockenwellen 1 und 2 erstrecken sich über diesen Lagerbock hinaus und sind an ihren freien Enden mit dem Antriebsrad 5 und dem Abtriebsrad 6 eines als vierrädriges Koppelgetriebe ausgebildeten Verstellgetriebes 7 verbunden, das zusätzlich zwei Zwischenräder umfaßt, von denen ein Zwischenrad 8 in Fig. 3 dargestellt ist und die einerseits untereinander und andererseits mit dem Antriebsrad 5 bzw. mit dem Abtriebsrad 6 in Eingriff stehen. Die Führung der Zwischenräder erfolgt über Koppeln, von denen die seitlichen Koppeln mit 9 und 10 bezeichnet sind und an ihrem einen Ende koaxial zu den Nockenwellen 1 und 2, insbesondere auf diesen Nockenwellen gelagert sind, wobei die seitlichen Koppeln 9 und 10 über die Achsen der Zwischenräder, von denen hier nur das Zwischenrad 8 mit der Achse 11 gezeigt ist, und eine auf diesen gelagerte untere Koppel 12 verbunden sind.

Das das Verstellgetriebe 7 bildende Koppelgetriebe ändert durch Verschwenken der Koppeln 9, 10 und 12 um die Nockenwellen 1 und 2 die Drehlage dieser Nockenwellen 1 und 2 gegeneinander.

Die Verstellung des Koppelgetriebes, und damit der Drehlagen der Nockenwellen 1 und 2 gegeneinander erfolgt über eine Stelleinrichtung, die ein Stellrad 13 umfaßt, das zu einer der Nockenwellen, hier der Nockenwelle 1 koaxial angeordnet ist und das über einen Teil seines Umfanges mit einer Verzahnung 14 versehen ist, über die es mit dem Antriebsrad 15 eines bevorzugt elektrischen und hier nicht weiter dargestellten Antriebsmotores als Stellmotor in Eingriff steht. Bevorzugt ist das Stellrad 13 als Schnecken- oder Schraubenrad ausgebildet und es weist das Antriebsrad 15 eine korrespondierende Verzahnung auf, so daß es als Schnecke oder Schraube ausgebildet auf der nicht dargestellten Welle des Stellmotores angeordnet ist. Das Stellrad 13 ist nur über einen Teil seines Umfanges verzahnt und das entsprechende Segment des Stellrades 13 erstreckt sich über einen Winkelbereich von mehr als 180°, wie aus Fig. 2 ersichtlich ist, so daß in Verbindung mit der dargestellten Anordnung des Antriebsrades 15 ein Verstellbereich von etwa 180° zur Verfügung steht. Der Durchmesser des verzahnten Segmentes des Stellrades 13 ist größer als der Abstand der Nockenwellen 1 und 2, so daß das Stellrad 13 zwischen den Enden des verzahnten Segmentbereiches einen Bereich kleineren Durchinessers aufweist, so daß im Bereich der Übergänge zu diesem Bereich "radiale" Anschlagflächen entstehen, die mit 16 bezeichnet sind und über die der Verstellweg des Stellrades 13 durch Zusammenwirken mit einem entsprechenden Anschlagbereich an der Nockenwelle 2 begrenzt ist. Je kleiner dabei der Durchmesser der Nockenwelle 2 in diesem Anschlagbereich ist, desto größer ist der mögliche Verstellweg für das Stellrad 13, wobei dieser Verstellweg in der Darstellung gemäß Fig. 2 nicht voll ausgenützt ist.

Dies ist bedingt durch den gewählten Durchmesser für einen Exzenter 17, der als Bund an der einen Stirnseite des Stellrades 13 vorgesehen ist und die Wandstärke eines Pleuels 18 im Bereich von dessen Auge 19, das auf dem Exzenter 17 gelagert ist. Gegenüberliegend ist das Pleuel 18 über ein Auge 20 auf der Achse 21 des hier nicht dargestellten Zwischenrades des Verstellgetriebes 7 gelagert, das mit dem auf der Nockenwelle 2 drehfest angeordneten Abtriebsrad 6 kämmt.

Das Ausführungsbeispiel verdeutlicht, daß zur Ausnutzung des maximalen Verstellweges eine Abstimmung der Exzentrizität und des Exzenterdurchmessers im Hinblick auf den Abstand der Nockenwellen erforderlich ist, da ein gewisser Mindestdurchmesser für die Wandstärke des Pleuelauges 19 nicht unterschritten werden kann. Insgesamt ist aber ein sehr großer Verstellweg gegeben, wobei durch den durch die erfindungsgemäße Anordnung des Stellrades 13 möglichen großen Durchmesser desselben die Stellkräfte klein gehalten werden können.

Wie Fig. 3 zeigt, kann das Stellrad 13 axial zwischen einem Bund 22 der Nockenwelle 1 und der Koppel 9 als seitlichen Begrenzungen axial geführt sein, so daß der Aufwand für die Lagerung des Stellrades 13 gering ist. Eine Distanzbüchse 23 dient dabei als Lagerbüchse des Stellrades 13.

In Fig. 4 ist eine andere Lagerung für das Stellrad 13 vorgesehen, und es wird nachfolgend nur auf diese Abweichung Bezug genommen, wobei zu den vorstehenden Figuren entsprechende Teile auch die dort gewählten Bezugszeichen beibehalten.

Die Stirnwand des Lagergehäuses 3 ist in der Darstellung gemäß Fig. 4 mit einem bundförmigen Ansatz 24 versehen, der koaxial zur Drehachse der Nockenwelle 1 angeordnet ist und dessen Umfangsfläche für das in dieser Ausgestaltung mit 25 bezeichnete Stellrad die Lagerfläche bildet. Axial ist das Stellrad zwischen der Stirnseite 26 des Ansatzes 24 und der gegenüberliegenden Seite der Koppel 9 geführt. Eine radiale Abstützung der Nockenwelle 1 zum Stellrad 25 ist bei der Ausführungsform gemäß Fig. 4 nicht gegeben. Durch die unmittelbare Lagerung des Stellrades 25 auf dem Lagergehäuse 3 ist eine weitgehende schwingungsmäßige Entkopplung zur Nockenwelle 1 gegeben, was sich auf die Qualität der Verstellung günstig auswirkt.

Gezeigt ist in Fig. 4 lediglich die radiale Lagerung des Stellrades 25 auf dem Bund 24. Darüberhinaus ist es im Rahmen der Erfindung aber auch möglich, das Stellrad axial gegenüber dem Bund zu befestigen, wozu im Bund, was hier nicht gezeigt ist, stirnseitig eine Nut vorgesehen sein kann, in der ein Zapfen axial fixiert läuft. Die axiale Fixierung kann durch Hinterschnitt oder dergleichen bekannte Möglichkeiten erfolgen. Ferner kann die Umfangslänge der Nut auch genutzt werden, um in Zusammenwirken mit dem Zapfen den Drehwinkel des Stellrades zu begrenzen.

Claims (13)

1. Variable Ventilsteuerung für Brennkraftmaschinen mit gemeinsam über zwei antriebsverbundene Nockenwellen erfolgender Ventilbetätigung, bei der die Öffnet- und die Schließt-Funktion eines jeweiligen Ventiles über die Nocken jeweils einer anderen der beiden Nockenwellen gesteuert ist und die beiden Nockenwellen in ihrer Drehlage zueinander über ein Verstellgetriebe veränderbar sind, das in der Antriebsverbindung von der einen zur anderen Nockenwelle liegt und als vierrädriges Koppelgetriebe ausgebildet ist, von dessen Koppeln je eine koaxial zu einer der Nockenwellen gelagert ist und das über eine Stelleinrichtung mit einem Stellmotor und einem von diesem beaufschlagten, koaxial zu einer der Nockenwellen liegenden Stellglied verstellbar ist, dadurch gekennzeichnet, daß als Stellglied ein axial zum Verstellgetriebe (7) versetzt angeordnetes Stellrad (13) vorgesehen ist.

2. Variable Ventilsteuerung nach Anspruch 1, dadurch gekennzeichnet, daß das Stellrad (13) einen Verstellexzenter (17) trägt.

3. Variable Ventilsteuerung nach Anspruch 1 oder 2, dadurch gekennzeichnet, daß der Verstellexzenter (17) durch einen Bund (2, 4) des Stellrades (13) gebildet ist.

4. Variable Ventilsteuerung nach einem der vorhergehenden Ansprüche, dadurch gekennzeichnet, daß eine der Koppeln (10, 12) mit dem Verstellexzenter (17) verbunden ist.

5. Variable Ventilsteuerung nach Anspruch 4, dadurch gekennzeichnet, daß wenigstens eine der Koppeln (10, 12) mit dem Verstellexzenter (17) über ein Pleuel (18) verbunden ist.

6. Variable Ventilsteuerung nach Anspruch 3, dadurch gekennzeichnet, daß das Pleuel (18) auf dem Verstellexzenter (17) und einer der von den Nockenwellen (1, 2) abgelegenen Achsen (21) des Verstellgetriebes (13) gelagert ist.

7. Variable Ventilsteuerung nach einem der vorhergehenden Ansprüche, dadurch gekennzeichnet, daß der Stellweg des Stellrades (13) anschlagbegrenzt ist.

8. Variable Ventilsteuerung nach Anspruch 7, dadurch gekennzeichnet, daß das Stellrad (13) einen dem Verstellweg entsprechenden Segmentbereich aufweist, dessen zumindest eine radiale Begrenzung als Anschlag (16) dient.

9. Variable Ventilsteuerung nach Anspruch 8, dadurch gekennzeichnet, daß das Stellrad (13) durch ein Radsegment gebildet ist.

10. Variable Ventilsteuerung nach Anspruch 8 oder 9, dadurch gekennzeichnet, daß der Gegenanschlag für die als Anschlag dienende radiale Begrenzung des verzahnten Radsegmentes durch die zu der das Stellrad (13) tragenden Nockenwelle (1) parallele, zweite Nockenwelle (2) gebildet ist.

11. Variable Ventilsteuerung nach einem Ansprüche 8 bis 10, dadurch gekennzeichnet, daß das Stellrad (13) außerhalb des dem Verstellweg entsprechenden verzahnten Segmentbereiches in seinem Umfang zurückgenommen ist.

12. Variable Ventilsteuerung nach einem der vorhergehenden Ansprüche, dadurch gekennzeichnet, daß beide radiale Begrenzungen des dem Verstellweg entsprechenden verzahnten Segmentbereiches Anschläge bilden, die mit der als Gegenanschlag dienenden Nockenwelle zusammenwirken.

13. Variable Ventilsteuerung nach einem der Ansprüche 10 bis 12, dadurch gekennzeichnet, daß die als Gegenanschlag dienende Nockenwelle in ihrem als Anschlag dienenden Bereich im Durchmesser verringert ist.