DE19747032C1 - 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 dort insbesondere zur drosselfreien Laststeuerung von Otto-Motoren durch Änderung des Hubes und/oder der Öffnungsdauer der Einlaßventile. Zur Verstellung des Hubes und/oder der Öffnungsdauer dienen zwei gegensinnig drehende Nockenwellen, welche über einen Schwinghebel auf das in Schließrichtung federbelastete Ventil einwirken, wobei die eine, erste der Nockenwellen die Öffnet-Funktion und die andere, zweite der Nockenwellen die Schließt-Funktion bestimmt und durch relative Verdrehung der Nockenwellen gegeneinander weite Verstellbereiche in der Veränderung des Hubes und/oder der Öffnungsdauer abgedeckt werden können.

Zur Verdrehung der Nockenwellen gegeneinander dient ein vierrädriges Koppelgetriebe, dessen Antriebsrad mit der von der Kurbelwelle angetriebenen ersten Nockenwelle und dessen Abtriebsrad mit der anzutreibenden und relativ zur ersten Nockenwelle zu verdrehenden zweiten Nockenwelle verbunden ist. Antriebs- und Abtriebsrad sind dabei über zwei Zwischenräder verbunden, die miteinander in Eingriff stehen und von denen das eine mit dem Antriebs- und das andere mit dem Abtriebsrad in Eingriff steht, so daß durch Verdrehen der die Zwischenräder führenden Koppeln um die Nockenwellen als Drehachsen eine Verdrehung der Nockenwellen gegeneinander erreicht wird.

Es ist Aufgabe der Erfindung, zur Fixierung der Verstellendwerte mechanische Anschläge, so zum Beispiel als Leerlauf und/oder Vollastanschlag vorzusehen, um definierte Positionen des Verstellgetriebes anfahren und/oder Steuerzeiten bei der Montage einstellen zu können.

Diese Aufgabe wird bei einer variablen Ventilsteuerung der eingangs genannten Art durch die Merkmale im Kennzeichen des Anspruches 1 gelöst. Dadurch entfallen nicht nur gesonderte Anschläge, sondern es entfallen praktisch auch zusätzliche weitere, mit diesen Anschlägen verbundene Bearbeitungsschritte, da die Nockenwellen zueinander ohnehin eng toleriert angeordnet sind und ihrerseits auch eng toleriert bearbeitet sind, so daß die Anschlagfunktion nahezu ohne zusätzlichen Aufwand verwirklicht werden kann.

Dies gilt insbesondere, wenn als Stellglied ein Stellrad vorgesehen ist, das beispielsweise als Schraub- oder Schneckenrad ausgebildet ist, eine solche Verzahnung aber nur über einen Teil seines Umfanges aufweist, so daß daran anschließende Flanken die mit der Nockenwelle zusammenwirkenden Gegenanschläge bilden können.

Diese Anschlagflächen können bei quer zum Umfang, bevorzugt etwa radialer Erstreckung sowohl geradlinig als auch der Krümmung der Nockenwelle folgend ausgebildet sein, so daß sich ein punktueller oder ein flächiger Anschlag ergibt, wobei eine derartige Lösung insbesondere vorteilhaft zu verwirklichen ist, wenn das jeweilige Stellrad gegenüber dem Verstellgetriebe axial versetzt angeordnet wird, da sich so auch bei geringen Nockenwellenabständen noch ausreichende Anschlagüberdeckungen erreichen lassen.

Weitere Einzelheiten und Merkmale der Erfindung ergeben sich aus den Ansprüchen. In Ergänzung derselben wird die Erfindung nachfolgend anhand von Ausführungsbeispielen näher erläutert. Es zeigen:

Fig. 1 eine Ansicht eines für eine variable Ventilsteuerung verwendeten vierrädrigen Koppelgetriebes, gesehen in Achsrichtung der Nockenwellen der Brennkraftmaschine, auf denen Antriebrad und Abtriebsrad des Koppelgetriebes drehfest angeordnet ist, in einer bei unterer Last (Leerlauf) gegebenen Endstellung

Fig. 2 eine der Fig. 1 entsprechende Darstellung, und zwar bei Darstellung in der bei oberer Last (Vollast) gegebenen Endstellung,

Fig. 3 eine der Fig. 1 entsprechende Darstellung, geschnitten in der Ebene zwischen vierrädrigem Koppelgetriebe und diesem zugeordneter Stellvorrichtung,

Fig. 4 eine der Fig. 2 entsprechende Darstellung, in einem Schnitt gemäß Fig. 3, und

Fig. 5 eine der Fig. 3 entsprechende Schnittdarstellung bei abweichender Ausführung des Anschlagbereiches zwischen Stellglied und Nockenwelle.

In den Figuren ist ausgehend von einer herkömmlichen Hubkolbenbrennkraftmaschine mit über in deren Zylinderkopf angeordnete Ventile gesteuertem Gaswechsel, das als vierrädriges Koppelgetriebe ausgebildete Verstellgetriebe einer variablen Ventilsteuerung in Ansicht gezeigt, wobei die Ventilsteuerung als solche bekannt ist und in ihrem grundsätzlichen Aufbau der DE 42 44 550 A1 zu entnehmen ist, auf die insoweit ausdrücklich Bezug genommen wird.

Diese Ventilsteuerung arbeitet mit zwei nebeneinander liegenden Nockenwellen, von denen die eine die Öffnet-Funktion und die andere die Schließt-Funktion der über diese Nockenwellen gemeinsam unter Zwischenschaltung eines Übertragungsgliedes betätigten Einlaßventile steuert. Die Steuerung erfolgt durch Verdrehung der gegensinnig angetriebenen Nockenwellen in ihrer Drehlage zueinander, wobei sowohl der Hub als auch die Öffnungsdauer der Einlaßventile variabel ist, und zwar zwischen Extrempositionen, von denen die eine dem Zustand unterer Last, also dem Leerlaufzustand und die andere dem Zustand oberer Last, also beispielsweise dem Vollastzustand zugeordnet ist.

In den Fig. 1 und 2 sind bei grundsätzlich gleicher, schematisierter Darstellung - Ansicht in Richtung der Achsen der Nockenwellen - das vierrädrige Koppelgetriebe und dessen zugehörige Verstelleinrichtung gezeigt, die beispielsweise vor einer Stirnwand eines hier nicht gezeigten Nockenwellenlagergehäuses liegen.

In den Darstellungen sind mit 1 und 2 die beiden die Einlaßventile steuernden Nockenwellen bezeichnet, von denen im Ausführungsbeispiel die Nockenwelle 1 mit der nicht dargestellten Kurbelwelle der Brennkraftmaschine antriebsverbunden ist. Bezogen auf das Koppelgetriebe trägt die Nockenwelle 1 drehfest ein Antriebsrad 3, das mit einem Zwischenrad 4 kämmt, welches in Eingriff steht mit einem weiteren Zwischenrad 5, über das das auf der Nockenwelle 2 drehfest angeordnete Abtriebsrad 6 angetrieben wird. Koaxial zum Antriebsrad 3 und damit zur Nockenwelle 1 sowie zum Abtriebsrad 6 und damit zur Nockenwelle 2 sind zwei Koppeln 7 und 8 vorgesehen, die die Lagerstellen für die Zwischenräder 4 und 5 aufnehmen und die koaxial zu diesen Lagerstellen über eine weitere, untere Koppel 9 verbunden sind. Die Drehachsen der Nockenwellen 1 und 2, und damit des Antriebsrades 3 sowie des Abtriebsrades 6 sowie die Drehachsen der Zwischenräder 4 und 5 sind in der Reihenfolge der Aufzählung mit 10 bis 13 bezeichnet. In den Darstellungen gemäß Fig. 1 und 2 liegt hinter dem als vierrädriges Koppelgetriebe ausgebildeten Verstellgetriebe die zugehörige Verstelleinrichtung, die, wie insbesondere die Fig. 3 bis 5 zeigen, ein zur Nockenwelle 1 koaxiales Stellrad 14 umfaßt, das umfangsseitig mit einer Verzahnung 15 versehen ist und das auf seiner dem Koppelgetriebe zugewandten Stirnseite einen exzentrischen Bund 16 als Verstellexzenter aufweist, auf dem ein Pleuel 17 über ein Auge 18 gelagert ist, dessen anderes Auge 19 konzentrisch zur Drehachse 13 des Zwischenrades 5 auf dessen Achse 20 geführt ist.

Das konzentrisch zur Nockenwelle 1 und gegenüber dieser verdrehbare Stellrad 14 weist als Verzahnung 15 bevorzugt eine Schnecken- oder Schraubverzahnung auf und kämmt mit der Schnecke oder Schraube 21 eines koaxial zur Schnecke oder Schraube 21 angeordneten Stellmotores, der hier nicht weiter gezeigt ist und der bevorzugt als Elektromotor, gegebenenfalls elektrischer Getriebemotor ausgebildet ist.

Die variable Ventilsteuerung wird entsprechend den Betriebsbedingungen der Brennkraftmaschine angesteuert und weist zwei Extremstellungen auf, die üblicherweise einem unteren Lastpunkt, beispielsweise Leerlauf und einem oberen Lastpunkt, beispielsweise Vollast entsprechen. Diesen Lastpunkten entsprechen Extremstellungen der Stelleinrichtung, die durch mechanische Anschläge bestimmt sind. Die entsprechenden Einstellagen sind in den Fig. 1 und 3 für den unteren Lastpunkt und den Fig. 2 und 4 für den oberen Lastpunkt gezeigt, wobei in den Schnittdarstellungen gemäß Fig. 3 und 4 die jeweilige Anschlagposition des Schneckenrades 14 an der Nockenwelle 2 veranschaulicht ist. Zur Bildung der am Schneckenrad 14 vorgesehenen Anschläge 22 und 23 ist das Schneckenrad 14 anschließend an das seinem Verstellweg entsprechende, umfangsseitig mit der Verzahnung 15 versehene Segment im Umfang zurückgenommen, so daß sich im wesentlichen radial zu Achse des Schneckenrades 14 verlaufende Stirnflächen ergeben, die als Anschläge 22 und 23 dienen. In den Ausführungsbeispielen gemäß Fig. 3 und 4 sind die die Anschläge 22 und 23 bildenden Stirnflächen dabei konvex gekrümmt und weisen einen Krümmungsradius auf, der dem Radius der Nockenwelle 2 in dem Bereich entspricht, in dem die Nockenwelle 2 mit dem jeweiligen Anschlag 22 und 23 zusammenwirkt. Dadurch ergibt sich in der Anschlagposition eine flächige Abstützung mit entsprechend geringer Belastung.

In der Darstellung gemäß Fig. 5, die ansonsten jener gemäß Fig. 3 entspricht, sind die die Anschläge 22 und 23 bildenden Stirnflächen des Stellrades 14 geradlinig ausgebildet, so daß sich gegenüber der Nockenwelle 2 in der jeweiligen Anschlagposition einen linienförmige bzw. nahezu punktuelle Abstützung ergibt. Durch das Zusammenwirken der Anschläge 22 bzw. 23 mit der entsprechenden Anschlagfläche 24 der Nockenwelle sind die Endpositionen für das Verstellgetriebe bestimmt, so daß für Einstellung und Montage des Verstellgetriebes und der variablen Ventilsteuerung, bzw. der Steuerzeiten der Ventile mechanische Festanschläge zur Verfügung stehen, die bei der erfindungsgemäßen Lösung praktisch ohne Zusatzaufwand verwirklicht werden können. Bevorzugt ist die Nockenwelle im Bereich der Anschlagfläche 24 im Durchmesser reduziert, so daß für das Stellrad 14 möglichst große Stellwinkel möglich sind.

Claims (8)

1. Variable Ventilsteuerung für Brennkraftmaschinen mit gemeinsam über zwei antriebsverbundene, zueinander parallele Nockenwellen erfolgender Ventilbetätigung, bei der die Öffnet- und die Schließt-Funktion eines jeweiligen Ventiles über die Nocken jeweils einer anderen der beiden Nockenwellen gesteuert wird und die beiden Nockenwellen in ihrer Drehlage zueinander über ein Verstellgetriebe veränderbar sind, das in der Antriebsverbindung von der einen zu der anderen Nockenwelle liegt und das über eine Steuereinrichtung mit einem Stellmotor und einem von diesem beaufschlagten, koaxial zu einer der Nockenwellen liegenden Stellglied verstellbar ist, dadurch gekennzeichnet, daß dem koaxial zu der einen Nockenwelle (1) angeordneten Stellglied (14) als dessen Drehwinkel begrenzender Anschlag (24) die andere Nockenwelle (2) zugeordnet ist.

2. Variable Ventilsteuerung nach Anspruch 1, dadurch gekennzeichnet, daß als Stellglied ein Stellrad (14) vorgesehen ist.

3. Variable Ventilsteuerung nach Anspruch 2, dadurch gekennzeichnet, daß das Stellrad (14) als Schneckenrad oder Schraubenrad ausgebildet ist.

4. Variable Ventilsteuerung nach Anspruch 2 oder 3, dadurch gekennzeichnet, daß das Stellrad (14) außerhalb seines dem Verstellweg entsprechendes Segmentes Anschlagflächen (22, 23) aufweist.

5. Variable Ventilsteuerung nach Anspruch 4, dadurch gekennzeichnet, daß die Anschlagflächen (22, 23) durch quer zum Umfang des Stellrades (14), insbesondere radial verlaufende Stirnflächen des Stellrades (14) gebildet sind, die im Übergang zwischen dem Umfang des dem Verstellweg entsprechenden Segmentes und einem Segmentbereich des Stellrades (14) mit kleinerem Durchmesser liegen.

6. Variable Ventilsteuerung nach Anspruch 4 oder 5, dadurch gekennzeichnet, daß die Anschlagflächen (22, 23) eine dem Umfang des nockenwellenseitigen Anschlages (24) entsprechende Krümmung aufweisen.

7. Variable Ventilsteuerung nach einem der Ansprüche 2 bis 6, dadurch gekennzeichnet, daß das Stellrad (14) in axialer Überdeckung zum Verstellgetriebe liegt und dieses zumindest teilweise umschließt.

8. Variable Ventilsteuerung nach einem der vorhergehenden Ansprüche, dadurch gekennzeichnet, daß die Nockenwelle (2) in ihrem als Anschlag (24) dienenden Bereich im Durchmesser reduziert ist.