DE3913530A1

DE3913530A1 - Valve actuating device

Info

Publication number: DE3913530A1
Application number: DE19893913530
Authority: DE
Inventors: Nikolaus Dipl Phys Saridakis
Original assignee: Volkswagen AG
Current assignee: Volkswagen AG
Priority date: 1988-05-10
Filing date: 1989-04-25
Publication date: 1989-11-23

Abstract

A device is described for actuating the inlet and exhaust valves of a reciprocating piston internal combustion engine, which has a cam device (1) held on a camshaft (3) driven angle-synchronously by a crankshaft of the internal combustion engine, which device has a cam (4, 5) with an opening flank (6) but no closing flank assigned to each inlet valve (15). In addition, a transmission device (2) interacting with the cam (4, 5) is provided, which acts on the valve (15) against a valve spring (18) acting in the closing direction. In order to prevent damage of the cam device or transmission device in the event of a crankshaft and hence camshaft rotation in the wrong direction caused, for example, by misfiring of the internal combustion engine, it is proposed that each cam (4, 5) be held on the camshaft (3) in such a way that any transmission of power to the transmission device (2) is possible only in a predetermined direction of rotation of the internal combustion engine and in a predetermined phase position between the crankshaft and the cam (Fig.1). <IMAGE>

Description

Die Erfindung bezieht sich auf eine Einrichtung zur Betätigung der Gaswechselventile einer Hubkolben-Brennkraftmaschine gemäß dem Oberbegriff des Patentanspruchs 1.The invention relates to a device for actuation of the gas exchange valves of a reciprocating internal combustion engine the preamble of claim 1.

Eine derartige Einrichtung zur Ventilbetätigung ist beispiels weise aus der DE-OS 36 30 766 bekannt. Aus dieser Vorveröffent lichung ist ein Ventilbetätigungssystem bekannt, bei dem das Schließen insbesondere des Einlaßventils nicht mehr von einer entsprechenden Schließflanke des zugeordneten Ventilbetätigungs nockens vorgenommen wird, sondern im wesentlichen dem freien Spiel der Kräfte, nämlich den aus dem Ventil und dem Übertra gungssystem bestehenden Massen sowie den auf diese Massen ein wirkenden Federkräften der Ventilfeder überlassen wird. Dabei ist die Ventilfeder so bemessen, daß das Ventil bei der niedrig sten vorkommenden Drehzahl der Brennkraftmaschine, nämlich der Leerlaufdrehzahl, im Bereich des unteren Totpunktes des diesem Ventil zugeordneten Kolbens der Brennkraftmaschine ge schlossen wird, während es spätestens bei der höchsten zulässigen Drehzahl der Brennkraftmaschine, gegebenenfalls aber auch schon früher, mit Erreichen eines vorgegebenen maximalen Kurbelwinkel abstandes des Kolbens der Brennkraftmaschine vor dem unteren Totpunkt geschlossen wird.Such a device for valve actuation is an example as known from DE-OS 36 30 766. From this previous publication Lichung a valve actuation system is known in which the In particular, the intake valve no longer closes from one corresponding closing edge of the assigned valve actuation cam is made, but essentially the free Game of forces, namely that of the valve and the transfer existing system as well as the masses acting spring forces is left to the valve spring. Here the valve spring is dimensioned so that the valve at low most occurring speed of the internal combustion engine, namely the idle speed, in the area of the bottom dead center of the this valve associated piston of the internal combustion engine ge is closed while it is at the highest permitted Speed of the internal combustion engine, but possibly already earlier, when a predetermined maximum crank angle is reached distance of the piston of the internal combustion engine in front of the lower one Dead center is closed.

Bei einer derartigen Ventilbetätigungseinrichtung könnten nun Schäden an dem Nocken oder auch der Übertragungsvorrichtung entstehen, wenn die Brennkraftmaschine, etwa infolge einer Fehlzündung, aus dem Stand kurzzeitig in die falsche Richtung dreht.With such a valve actuation device could now Damage to the cam or the transmission device arise when the internal combustion engine, for example as a result of Misfire, briefly in the wrong direction from a standing start turns.

Die der Erfindung zugrundeliegende Aufgabe besteht daher darin, eine Einrichtung zur Ventilbetätigung der in dem Oberbegriff des Patentanspruchs angegebenen Art zu schaffen, bei der die Gefahr der Beschädigung der Nockenvorrichtung bzw. der Übertra gungsvorrichtung bei einer derartigen Drehung der Brennkraft maschine in der falschen Richtung verringert wird.The object on which the invention is based is therefore a device for valve actuation in the preamble of the specified claim to create, in which the Risk of damage to the cam device or the transmission supply device with such a rotation of the internal combustion engine machine is reduced in the wrong direction.

Die Lösung dieser Aufgabe ergibt sich gemäß dem Kennzeichen des Patentanspruchs 1.This problem is solved according to the indicator of claim 1.

Dadurch, daß gemäß der Erfindung eine Kraftübertragung von der Nockenwelle auf den Nocken nur bei einer vorgegebenen Dreh richtung der Brennkraftmaschine und in einer vorgegebenen Phasen lage zwischen der Kurbel- bzw. Nockenwelle und dem Nocken möglich ist, wird verhindert, daß bei einem etwa durch eine Fehlzündung bewirkten Drehen der Brennkraftmaschine in der falschen Richtung der Nocken von der Nockenwelle mitgenommen und dabei mit seiner relativ scharfen Kante im Bereich der fehlenden Schließflanke auf die Übertragungsvorrichtung aufschlagen kann. Realisiert werden kann die erfindungsgemäße Ausgestaltung dadurch, daß zwischen der Nockenwelle und dem Nocken eine den Nocken nur in einer vorgegebenen Phasenlage und bei einer vorgegebenen Drehrichtung mitnehmende Mitnahmeverbindung vorgesehen ist.The fact that according to the invention a power transmission of the camshaft on the cam only at a given rotation direction of the internal combustion engine and in a predetermined phase possible between the crankshaft or camshaft and the cam is prevented from being caused by a misfire caused rotation of the engine in the wrong direction the cam is taken away from the camshaft and with it relatively sharp edge in the area of the missing closing flank can hit the transmission device. Realized can be the embodiment of the invention in that between the camshaft and the cam one the cam only in a predetermined phase position and at a predetermined Directional driving connection is provided.

In der Zeichnung ist ein Ausführungsbeispiel der Erfindung dargestellt, das im folgenden näher erläutert wird. Die Zeichnung zeigt inIn the drawing is an embodiment of the invention shown, which is explained in more detail below. The drawing shows in

Fig. 1 einen Querschnitt durch die erfindungsgemäße Ventilbetätigungs-Einrichtung und Fig. 1 shows a cross section through the valve actuation device according to the invention and

Fig. 2 eine Ansicht der Ventilbetätigungs-Einrich tung von vorn. Fig. 2 is a view of the valve actuating device from the front.

In der Zeichnung ist mit 1 die Nockenvorrichtung und mit 2 die Übertragungsvorrichtung insgesamt bezeichnet. Die Nocken vorrichtung 1 weist dabei einen auf einer Nockenwelle 3 axial unverschiebbar gehaltenen Nockenring 5, dessen Außenumfang den Nockengrundkreis 10 darstellt, sowie einen davon radial abstehenden Nocken 4 auf. Dieser Nocken 4 besitzt eine langsam ansteigende Öffnungsflanke 6, die gegebenenfalls in eine Auf halteflanke übergeht, und eine abrupte Schließkante 7, die nicht dazu geeignet ist, die Übertragungsvorrichtung 2 während des Schließvorgangs zu führen.In the drawing, 1 denotes the cam device and 2 overall the transmission device. The cam device 1 has a cam ring 5 held axially immovably on a camshaft 3 , the outer circumference of which represents the cam base circle 10 , and a cam 4 projecting radially therefrom. This cam 4 has a slowly rising opening edge 6 , which may pass into a holding edge, and an abrupt closing edge 7 , which is not suitable for guiding the transmission device 2 during the closing process.

Eine drehmomentübertragende Verbindung zwischen der Nocken welle 3 und dem Nocken 4, 5 wird bei dem hier gezeigten Aus führungsbeispiel durch eine Mitnahmevorrichtung 8, 9 gebildet, die so ausgebildet ist, daß die Mitnahme des Nockens 4, 5 nur in einer vorgegebenen Phasenlage des Nockens gegenüber der Kurbelwelle bzw. der Nockenwelle 3 sowie bei einer vorgegebenen Drehrichtung der Kurbelwelle bzw. Nockenwelle erreicht wird. Diese Mitnahmeverbindung besteht hier aus einem an der Nocken welle 3 angeordneten radial nach außen vorspringenden Element 8 sowie einem zahnförmig nach innen ragenden Anschlagelement 9 an den Nockenring 5. Da diese beiden zusammenwirkenden Anschlag elemente 8 und 9 nur in einer bestimmten Winkelstellung zwischen dem Nocken 4, 5 und der Nockenwelle 3 und damit auch der Kurbel welle in kraftübertragende Verbindung kommen, wird hier das Erfordernis der exaktphasengesteuerten Ventilbetätigung einge halten.A torque-transmitting connection between the cam shaft 3 and the cam 4 , 5 is formed in the exemplary embodiment shown here by a driving device 8 , 9 , which is designed so that the driving of the cam 4 , 5 only in a predetermined phase position of the cam the crankshaft or the camshaft 3 and at a predetermined direction of rotation of the crankshaft or camshaft is reached. This driving connection here consists of a radially outwardly projecting element 8 arranged on the cam shaft 3 and a tooth-like inwardly projecting stop element 9 on the cam ring 5 . Since these two interacting stop elements 8 and 9 come only in a certain angular position between the cams 4 , 5 and the camshaft 3 and thus also the crank shaft in a force-transmitting connection, the requirement of the precisely phase-controlled valve actuation is maintained.

Die Kraftübertragung erfolgt dabei nur in der durch den Pfeil eingetragenen Drehrichtung der Nockenwelle 3. Dabei wird aller dings vorausgesetzt, daß eine Drehung der Kurbelwelle und damit auch der Nockenwelle in umgekehrter Richtung auch bei einer Fehlzündung nur in sehr begrenztem Umfang und in jedem Fall nur höchstens um einen Drehwinkel erfolgt, der kleiner als eine bzw. eine halbe Kurbelwellenumdrehung ist. Bei einer solchen Drehung der Kurbelwelle in der falschen Richtung würde sich dann zwar die mit der Kurbelwelle antriebsmäßig gekoppelte Nockenwelle 3 ebenfalls mitdrehen, aber eine Kraftübertragung auf den Nocken 4, 5 aufgrund der fehlenden Mitnahmeverbindung ausgeschlossen sein. In dem in der Zeichnung gezeigten Aus führungsbeispiel würde sich der zahnartige Vorsprung 8 der Nockenwelle dann frei gegenüber der Innenkontur 13 des Nocken ringes 5 verdrehen können, ohne diesen mitzunehmen.The power is transmitted only in the direction of rotation of the camshaft 3 indicated by the arrow. However, it is assumed that rotation of the crankshaft and thus also the camshaft in the opposite direction, even in the event of a misfire, occurs only to a very limited extent and in any case only at most by an angle of rotation that is less than one or half a crankshaft revolution. With such a rotation of the crankshaft in the wrong direction, the camshaft 3 , which is coupled to the crankshaft in terms of drive, would then also rotate, but a transmission of force to the cams 4 , 5 would be excluded due to the missing driving connection. In the exemplary embodiment shown in the drawing, the tooth-like projection 8 of the camshaft would then be able to rotate freely relative to the inner contour 13 of the cam ring 5 without taking it along.

Wie aus der Fig. 2 ersichtlich ist, könnte die Anordnung der aus den beiden zahnartigen radialen Vorsprüngen 8 und 9 ge bildeten Mitnahmeverbindung weiter so getroffen sein, daß diese im mittleren Bereich der Nockenvorrichtung 1 vorgesehen ist, während beiderseits dieser Mitnahmeverbindung der Nockenring 5 auf Ringbünden 12 a, 12 b der Nockenwelle 3 mit geringem Radial spiel gehalten ist. Aus Montagegründen könnte zudem einer der Ringbünde oder auch beide, in der Zeichnung zum Beispiel der Ringbund 12 b, durch Preßsitz oder dgl. auf der Nockenwelle 3 gehalten sein.As can be seen from FIG. 2, the arrangement of the driving connection formed from the two tooth-like radial projections 8 and 9 could be made such that it is provided in the central region of the cam device 1 , while on both sides of this driving connection the cam ring 5 on ring collars 12 a , 12 b of the camshaft 3 is held with little radial play. For assembly reasons, one of the ring collars or both, in the drawing, for example, the ring collar 12 b , could also be held on the camshaft 3 by an interference fit or the like.

Die Übertragungsvorrichtung 2 wird bei dem in der Zeichnung gezeigten Ausführungsbeispiel durch einen z.B. an seiner Stirn seite gestuft ausgebildeten, topfförmigen Stößel 14 gebildet, der unter Zwischenschaltung eines Hülsengliedes 16 und eines am Ende eines Ventilschaftes 15 formschlüssig gehaltenen, ge teilten Konusringes 17 mit dem Ventilschaft 15 verbunden ist. Der topfförmige Stößel 14 gleitet in einer zylindrischen Bohrung 19 eines mit 20 bezeichneten Zylinderkopfgehäuses einer her kömmlichen Hubkolben-Brennkraftmaschine und wird von einer mit 18 bezeichneten Ventilfeder in Schließrichtung des durch das Einlaßventil gebildeten Ventils belastet.The transfer device 2 is formed in the example shown in the drawings embodiment by, for example, on its end face stepped shaped, cup-shaped plunger 14, with the interposition of a sleeve member 16 and a form-locking retained on the end of a valve stem 15, ge divided cone ring 17 with the valve stem 15 connected is. The cup-shaped plunger 14 slides in a cylindrical bore 19 of a cylinder head housing designated 20 of a conventional reciprocating internal combustion engine and is loaded by a valve spring designated 18 in the closing direction of the valve formed by the inlet valve.

Während des Betriebs der Brennkraftmaschine treibt die in Rich tung des eingetragenen Pfeiles drehende Nockenwelle 3 die Nocken vorrichtung 1 an, die ihrerseits mit dem von der Ventilfeder 18 in Schließrichtung belasteten topfförmigen Stößel 14 zusammen wirkt. Solange dabei die Stirnfläche 21 des topfförmigen Stößels 14 am Grundkreis 10 der Nockenvorrichtung 1 anliegt, bleibt das zugeordnete Einlaßventil geschlossen. Sobald jedoch die Öffnungsflanke 6 des Nockens 4 an der Stirnfläche 21 des topf förmigen Stößels 14 anläuft, wird das Einlaßventil zunehmend geöffnet, bis es etwa in der in der Zeichnung gezeigten Position voll geöffnet ist. Wegen der fehlenden Schließflanke des Noc kens 4 wird nun bei der Weiterdrehung der Nockenwelle 3 die Schließbewegung des Einlaßventils nicht mehr durch den Nocken gesteuert. Vielmehr wird diese Schließbewegung dem freien Spiel der Kräfte überlassen, wobei sich eine konstante Schließzeit ergibt, die abhängig ist zum einen von der Federkraft der Ventil feder 18 sowie den von dieser Feder zu beschleunigenden Massen des Einlaßventils und des topfförmigen Stößels 14 sowie den zwischengeschalteten Gliedern. Die Funktion der Ventilbetä tigungseinrichtung ist im übrigen näher in der oben genannten Offenlegungsschrift beschrieben.During operation of the internal combustion engine, the camshaft 3 rotating in the direction of the arrow indicated drives the cam device 1 , which in turn interacts with the cup-shaped tappet 14 loaded by the valve spring 18 in the closing direction. As long as the end face 21 of the cup-shaped tappet 14 bears against the base circle 10 of the cam device 1 , the associated inlet valve remains closed. However, as soon as the opening flank 6 of the cam 4 runs against the end face 21 of the pot-shaped tappet 14 , the inlet valve is increasingly opened until it is approximately fully open in the position shown in the drawing. Because of the missing closing edge of the Noc kens 4 , the closing movement of the intake valve is no longer controlled by the cam when the camshaft 3 continues to rotate. Rather, this closing movement is left to the free play of the forces, resulting in a constant closing time, which is dependent on the one hand on the spring force of the valve spring 18 and the masses of the inlet valve and the pot-shaped plunger 14 to be accelerated by this spring, as well as the intermediate links. The function of the valve actuation device is described in more detail in the above-mentioned laid-open specification.

Die von der vorliegenden Erfindung beschriebene Mitnahmever bindung bewirkt nun, daß der auf der Nockenwelle 3 gehaltene Nocken 4, 5 eine Ventilbetätigung im wesentlichen nur in der durch den Pfeil vorgegebenen Drehrichtung der Nockenwelle und damit auch der Kurbelwelle sicherstellt, wobei vorausgesetzt wird, daß eine Drehung der Nockenwelle entgegengesetzt zur vorgesehenen Drehrichtung nur um begrenzte Drehwinkel von bei spielsweise einer halben oder höchstens einer ganzen Kurbel wellenumdrehung auftreten kann. Gleichzeitig ist auch sicher gestellt, daß der Nocken nur in einer vorgegebenen Phasenlage bezüglich der Kurbelwellen- bzw. Nockenwellenstellung mitgenom men wird. Auf diese Weise ist eine phasengerechte Steuerung der Ventile gewährleistet. Gleichzeitig wird verhindert, daß im Falle des Auftretens einer Kurbelwellendrehung in der fal schen Richtung eine Beschädigung des Nockens oder der Übertra gungsvorrichtung entstehen kann.The Mitnahmver connection described by the present invention now causes the cam 4 , 5 held on the camshaft 3 to ensure valve actuation essentially only in the direction of rotation of the camshaft, and thus also the crankshaft, as indicated by the arrow, assuming that rotation the camshaft opposite to the intended direction of rotation can only occur by a limited angle of rotation of, for example, half or at most an entire crankshaft revolution. At the same time it is also ensured that the cam is only taken along in a predetermined phase position with respect to the crankshaft or camshaft position. In this way, correct control of the valves is guaranteed. At the same time, it prevents that in the event of a crankshaft rotation occurring in the wrong direction, damage to the cam or the transmission device can occur.

Erfolgt das Drehen der Kurbelwelle in der falschen Richtung aus einer Stellung bei nahezu vollständig geöffnetem Einlaß ventil heraus, wie sie etwa in der Zeichnung angedeutet ist, dann ergibt sich aufgrund der Ventilfederkräfte auch ein Rück drehmoment für den Nocken, der dann der Nockenwelle folgen kann. Das Ventil kann also wieder schließen. Ein Ventilschließ vorgang ergibt sich auch dann, wenn die Kurbelwelle in einer Position stehenbleibt, in der der Nocken über seine Maximal stellung hinaus verdreht ist.If the crankshaft rotates in the wrong direction from a position with the inlet almost completely open valve, as indicated in the drawing, then there is also a return due to the valve spring forces torque for the cam, which then follow the camshaft can. The valve can therefore close again. A valve closing process also occurs when the crankshaft is in one Position remains in which the cam over its maximum position is twisted.

Claims

1. Device for actuating the gas exchange valves of a reciprocating piston internal combustion engine with a cam device which is held on a camshaft driven in synchronism by a crankshaft of the internal combustion engine and which has a respective cam assigned to an intake valve with an opening flank, but without a closing flank, and with one each cooperating with the cam transmission device which acts on the valve against a valve spring acting in the closing direction, characterized in that each cam ( 4 ) is held on the camshaft ( 3 ) in such a way that a power transmission to the transmission device ( 2 ) is only possible in a predetermined direction of rotation of the internal combustion engine and in a predetermined phase position between the crankshaft and the cam.

2. Device according to claim 1, characterized in that between the camshaft ( 3 ) and the cam ( 4 ), the cam only in a predetermined phase position and at a predetermined direction of rotation driving connection ( 8 , 9 ) is provided.