DE4244550C2 - Device for rotating camshafts of internal combustion engines - Google Patents

Device for rotating camshafts of internal combustion engines

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Description

Die vorliegende Anmeldung betrifft eine Vorrichtung zur variablen Ansteuerung der Ventile von Brennkraftmaschinen entsprechend dem Oberbegriff des Anspruchs 1.The present application relates to a device for variable control of the valves of internal combustion engines according to the preamble of claim 1.

Eine derartige Ventilsteuerung ist aus der Offenlegungsschrift DE-35 31 000 A1 bekannt. Bei diesem bekannten Ventiltrieb wird die erforderliche Variabilität einer Ventilsteuerung, vornehmlich zur Vermeidung von Drosselverlusten, dadurch verwirklicht, daß der Öffnungs- und Schließvorgang von zwei verschiedenen, mit regelbarem Phasenwinkel zur Kurbelwelle laufenden Steuernocken ausgeführt wird. Dabei wird ein beliebig ausgebildeter Steuerhebel von den beiden Nockenwellen derart betätigt, daß das in Schließrichtung feder­ belastete Ventil nur dann geöffnet ist, wenn beide Steuernocken ausgefahren sind. Durch entsprechende Phasenlage der Nockenwellen können so variable Ventilsteuerzeiten einge­ stellt werden.Such a valve control is known from the published patent application DE-35 31 000 A1. In this known valve train, the required variability of a valve control, primarily to avoid throttling losses, realized in that the Opening and closing process of two different, with adjustable phase angle for Crankshaft running control cam is running. In doing so, an arbitrarily trained Control lever operated by the two camshafts so that the spring in the closing direction loaded valve is only open when both control cams are extended. By Corresponding phase position of the camshafts can thus set variable valve timing be put.

Durch die GB 21 80 597 A ist ein vierrädriges Koppelgetriebe zur Relativbewegung zweier Nockenwellen, die auf ein Betätigungsglied wirken bekannt, wobei dessen Antriebsrad 57 mit der von der Kurbelwelle angetriebenen Nockenwelle 22 und dessen Abtriebsrad 58 mit der anzutreibenden und relativ zur angetriebenen Nockenwelle 22 verdrehbaren Nocken­ welle 23 verbunden ist, wobei das Antriebs- und das Abtriebsrad über zwei Zwischenräder 59, 61 miteinander derart in Eingriff stehen, daß durch eine an den Koppeln 62, 64, 63 angrei­ fende rotatorische Verstellung einer der Koppeln ein Abrollen der Zwischenräder auf dem An- und dem Abtriebsrad und damit Relativverdrehung der beiden Nockenwellen gegen­ einander erfolgt.GB 21 80 597 A discloses a four-wheel coupling gear for the relative movement of two camshafts which act on an actuating element, the drive wheel 57 of which with the camshaft 22 driven by the crankshaft and the driven wheel 58 of the cam to be driven and rotatable relative to the driven camshaft 22 shaft 23 is connected, the drive and the driven wheel being in engagement with one another via two intermediate wheels 59 , 61 such that a rotary adjustment of one of the couplers on the coupling 62 , 64 , 63 engages a rolling of the intermediate wheels on the starting and the driven gear and thus relative rotation of the two camshafts against each other.

Infolge der Wechselmomente, resultierend aus den Anregungen des Ventiltriebs, kann es in dem Zahnradgetriebe zu Anlagewechseln kommen, die letztlich zu erhöhten Geräuschanre­ gungen (Zahnradrasseln) bis hin zu Schäden an den Zahnradpaarungen fuhren. Deshalb ist es zweckmäßig, durch entsprechende Maßnahmen derartige Anlagewechsel zu vermeiden. Die DE-PS 2 74 628 beschreibt eine Antriebsvorrichtung für eine von der Kurbelwelle an­ getriebenen Nockenwelle, mit der störende Geräusche, die bei einer herkömmlichen Verzah­ nung zwischen Kurbelwelle und Nockenwelle infolge von Zahnflankenwechsel auftreten, beseitigt werden sollen. Dazu sind mit der Kurbelwelle zwei Zahnräder drehfest verbunden, von denen je eines mit einem von zwei auf der Nockenwelle angeordneten Zahnrädern kämmt, von denen eines drehfest mit der Nockenwelle verbunden ist und mit dem anderen Zahnrad über eine Kupplung reibschlüssig verbunden ist. Die Zahnübersetzungen sind un­ terschiedlich, so daß die Drehung der Nockenwelle über das mit ihr drehfest verbundene Zahnrad ständig in eine Richtung vorgespannt ist und keine Zahnflankenwechselspiele auf treten. Die beiden Zahnradpaarungen bedeuten baulichen Aufwand, Zahneingriffsverluste und die Notwendigkeit der Ausbildung zusätzlicher Reibflächen. Weiterhin ist die Winkelzu­ ordnung (Phasenlage) zwischen der Kurbelwelle und der Nockenwelle konstant.As a result of the alternating torques resulting from the excitation of the valve train, it can occur in the gear transmission to system changes that ultimately lead to increased noise gears (gear rattling) to damage to the gear pairings. Therefore it is expedient to avoid such system changes by taking appropriate measures. DE-PS 2 74 628 describes a drive device for a crankshaft driven camshaft, with the annoying noises that a conventional tooth between crankshaft and camshaft due to tooth flank changes, should be eliminated. For this purpose, two gears are rotatably connected to the crankshaft, one with two gears arranged on the camshaft combs, one of which is rotatably connected to the camshaft and the other Gear is frictionally connected via a clutch. The tooth ratios are un Different, so that the rotation of the camshaft on the rotatably connected to it Gear is constantly biased in one direction and no tooth flank interchangeability to step. The two gear pairings mean construction effort, tooth meshing losses and the need for additional friction surfaces. Furthermore, the angle is closed order (phase position) between the crankshaft and the camshaft constant.

Der vorliegenden Erfindung liegt die Aufgabe zugrunde, eine Vorrichtung gemäß dem Oberbegriff des Hauptanspruchs derart auszubilden, daß ein weicher und geräuscharmer Betrieb des Koppelgetriebes bei einer schmalen und platzsparenden Bauweise erzielt wird.The present invention has for its object a device according to Form the preamble of the main claim in such a way that a softer and quieter Operation of the coupling gear is achieved with a narrow and space-saving design.

Diese Aufgabe wird mit den Merkmalen des Patentanspruchs 1 gelöst, dessen Gegenstand in den Unteransprüchen in vorteilhafter Weise weitergebildet wird. Die beiden für die Steue­ rung des Ventils oder der Ventile einer Brenkraftmaschine - insbesondere des Einlaßventils oder der Einlaßventile - zuständigen Nockenwellen stehen über ein vierrädriges Koppelge­ triebe miteinander im Eingriff Bei einer rotatorischen Verstellung der Koppel um die Achse der antreibenden Nockenwelle stellt sich prinzipbedingt ein großer Verdrehwinkel der ange­ triebenen gegenüber der antreibenden Welle dadurch ein, daß der Verdrehwinkel des Kop­ pelgetriebes überlagert wird von dem Abrollen der Zahnräder aufeinander. Zur Unterbrin­ gung dieses Verstellmechanismus braucht der Zylinderkopf nur etwa um die erforderliche Zahnradbreite verlängert werden, ohne daß zusätzlicher axialer Bauraum für den Verstell­ weg selbst benötigt wird. Der Verstellweg quer zur Motorlängsachse ist durch die Überlagerung von Verstellweg der Koppel und Abrollen der Zahnräder aufeinander sehr klein. Darüber hinaus kann infolge der kleinen Verstellwege des Koppelgetriebes die Ver­ stellung problemlos mit entsprechenden elektrischen oder hydraulischen Systemen innerhalb der kurzen geforderten Zeiträume realisiert werden. Eine Verspannung des Verstellgetriebes wird entsprechend den Patentansprüchen 1 und 2 dadurch erreicht, daß die beiden gegensin­ nig drehenden Nockenwellen zusätzlich über eine Reibradpaarung mit geringfügig unterschied­ lichen Durchmessern in Kontakt stehen. Dabei ist das eine Reibrad drehfest mit der antrei­ benden Nockenwelle und das andere Reibrad drehfest mit der anzutreibenden Nockenwelle verbunden, wobei die Umfangsflächen der Reibräder die in gegenseitigem Eingriff befindli­ chen Reibflächen bilden. Die Durchmesserdifferenz zwischen beiden Reibrädern ist so zu wählen, daß das hieraus resultierende Moment überlagert mit den aus dem Ventiltrieb über­ tragenen Wechselmomenten ein schwellendes Moment in eine Richtung erzeugt, so daß ein Anlagewechsel vermieden wird.This object is achieved with the features of claim 1, the subject of which is further developed in an advantageous manner in the subclaims. The two for the tax tion of the valve or valves of an internal combustion engine - especially the intake valve or the intake valves - the responsible camshafts are located over a four-wheel coupling gear drives in engagement with each other When the coupling is rotated about the axis In principle, the driving camshaft is subject to a large angle of rotation driven against the driving shaft in that the angle of rotation of the Kop pelgetriebes is superimposed by the rolling of the gears. To the Unterbrin The cylinder head only needs this adjustment mechanism to achieve the required amount Gear width can be extended without additional axial space for the adjustment way itself is needed. The adjustment path across the longitudinal axis of the motor is through the  Superimposition of the adjustment path of the coupling and rolling of the gears on each other small. In addition, due to the small adjustment paths of the coupling gear, the Ver position easily with appropriate electrical or hydraulic systems within of the short required periods of time. A bracing of the adjustment gear is achieved according to claims 1 and 2 in that the two against each other nig rotating camshafts additionally by a friction wheel pairing with a slight difference diameters are in contact. This is a friction wheel rotatably with the antrei end camshaft and the other friction wheel rotatably with the camshaft to be driven connected, the peripheral surfaces of the friction wheels being in mutual engagement Chen form friction surfaces. The difference in diameter between the two friction wheels is so too choose that the resulting torque overlaps with that from the valve train alternating torques generated a swelling moment in one direction, so that a Change of investment is avoided.

Durch eine Überdeckung der mit den Nockenwellen fest verbundenen Zahnräder nach Pa­ tentanspruch 3 kann sowohl eine platzsparende, eng nebeneinanderliegende Anordnung bei­ der Nockenwellen realisiert, als auch mit Hilfe größerer Zahnraddurchmesser eine Verringe­ rung der an den Zahnflanken angreifenden Kräfte erreicht werden. Für eine derartige über­ deckende Bauweise des Verstellgetriebes ist es darüber hinaus vorteilhaft, gemäß den Pa­ tentanspruch 4 eines der beiden überdeckenden Zahnrädern zweiteilig auszuführen und sym­ metrisch zum anderen Nockenwellenzahnrad anzuordnen, so daß sowohl dieses einteilige Nockenwellenzahnrad als auch das ihm zugeordnete Zwischenrad beim Verstellvorgang in das zweiteilig ausgeführte Zahnrad der anderen Nockenwelle eintauchen können. Hierdurch können unangenehme Momente senkrecht zu den Zahnradachsen bei überdeckender Bau­ weise vermieden werden.By overlapping the gearwheels firmly connected to the camshafts according to Pa  claim 3 can be both a space-saving, closely spaced arrangement realized the camshafts, as well as with the help of larger gear wheel diameters the forces acting on the tooth flanks can be achieved. For such over covering design of the adjustment gear, it is also advantageous, according to Pa  claim 4 to execute one of the two overlapping gears in two parts and sym to be arranged metrically to the other camshaft gear, so that both this one-piece Camshaft gear and the idler gear assigned to it during the adjustment process in can immerse the two-part gear of the other camshaft. Hereby can create uncomfortable moments perpendicular to the gearwheel axes with overlapping construction be avoided wisely.

Im folgenden wird die Erfindung anhand der nachfolgenden Zeichnungen näher erläutert. Dabei zeigt:The invention is explained in more detail below with reference to the following drawings. It shows:

Fig. 1 ein vierrädriges Koppelgetriebe zur Relativverdrehung von Nockenwellen in schema­ tischer Darstellung, Fig. 1 is a four-wheel coupling gear for relative rotation of the camshaft in a schematic representation;

Fig. 2 die prinzipielle Darstellung eines Zweinockenwellen-Ventiltriebs zur variablen Steue­ rung von Tellerhubventilen, Fig. 2 shows the principle of a two-camshaft valve train for variable Steue tion of Tellerhubventilen,

Fig. 3 eine schematische Darstellung des Verstellgetriebes mit überdeckenden Zahnrädern, Fig. 3 is a schematic illustration of the adjusting mechanism with overlapping gears,

Fig. 4 eine erfindungsgemäße Möglichkeit zur Verspannung des Verstellgetriebes in sche­ matischer Darstellung. Fig. 4 shows an inventive possibility for bracing the adjusting gear in cal matic representation.

Das Verstellgetriebe 5 entsprechend Fig. 1 setzt sich prinzipiell zusammen aus vier mitein­ ander in Eingriff stehenden Zahnrädern 6, 7, 8, 9 und drei diese Zahnräder verbindenden Koppeln 10, 11, 12. Das von der Nockenwelle 1 angetriebene Zahnrad 6 ist über eine erste Koppel 10 mit dem zweiten Zahnrad 8 verbunden und steht mit diesem in Eingriff. Das zweite Zahnrad 8 ist wiederum über eine zweite Koppel 11 mit einem weiteren Zahnrad 9 verbunden und treibt dieses an. Über die Koppel 12 hängt Zahnrad 9 an dem an der Nockenwelle 2 befestigten Zahnrad 7, so daß hierüber letztendlich die Nockenwelle 2 gegensin­ nig zur Nockenwelle 1 angetrieben wird. Dabei ist es zur Realisierung gleicher Drehzahlen beider Nockenwellen erforderlich, daß zumindest die beiden mit den Nockenwellen fest ver­ bundenen Zahnräder 6 und 7 denselben wirksamen Durchmesser haben. Bei einer Verdre­ hung der Koppel 10 um die Längsachse der Nockenwelle 1 wird so Zahnrad 7 und die damit fest verbundene Nockenwelle 2 um die überlagerte Bewegung von Koppelverdrehwinkel und Abrollen der Zahnräder aufeinander gegenüber Nockenwelle 1 verdreht. Dabei ist es unwesentlich, an welcher Stelle des Koppelgetriebes der Verstellvorgang eingeleitet wird. Neben dem Verstellwinkel des Koppelgetriebes ist auch das Übersetzungsverhältnis zwi­ schen den mit den Nockenwellen 1 und 2 verbundenen Zahnrädern 6 und 7 und den Zwi­ schenrädern 8 und 9 für die Größe des resultierenden Verdrehwinkels entscheidend, und zwar ist die relative Verdrehung der Nockenwelle 2 gegenüber der Nockenwelle 1 um so größer, je größer die wirksamen Durchmesser der Zwischenräder 8 und 9 gegenüber den Durchmessern der Zahnräder 6 und 7 ist. Fig. 2 zeigt schematisch einen Zweinockenwellen- Ventiltrieb, an dem mit Hilfe des erfindungsgemäßen Verstellmechanismus variable Steuer­ zeiten bei Tellerhubventilen verwirklicht werden können. Dargestellt sind die beiden mit den Zahnrädern 6 und 7 fest verbundenen Nockenwellen 1 und 2, die beide auf einen Ver­ stellhebel 3 wirken, der seinerseits ein oder mehrere in Schließrichtung federunterstützte Ventile 4 betätigt. Fig 3 zeigt schematisch eine überdeckende Ausführung der mit der Nockenwelle fest verbundenen Zahnräder 13 und 14, welche über die Zwischenräder 15 und 16 mit einander in Eingriff stehen. Hierdurch werden die Vorteile einer platzsparenden, eng ne­ beneinander liegenden Anordnung der Nockenwellen verbunden mit einer Verringerung der an den Zahnflanken angreifende Kräften durch Vergrößerung der den Nockenwellen zuge­ ordneten Zahnräder 13 und 14. In Fig. 4 ist eine Möglichkeit zur Verspannung des Ver­ stellgetriebes dargestellt. Zusätzlich zu dem Antrieb der zweiten Nockenwelle über das vierrädrige Koppelgetriebe stehen die beiden Wellen 17 und 18 über zwei fest mit ihnen ver­ bundene Reibräder 19 und 20 in Kontakt. Dabei sind die beiden Reibräder (19, 20) mit ge­ ringfügig unterschiedlichen Durchmessern ausgeführt, so daß sich ein bremsendes oder vor­ drehendes Moment zwischen antreibender und angetriebener Welle ergibt, was letztlich zu einer Verspannung des Verstellgetriebes fuhrt und Anlagewechsel an den Zahnflanken ver­ hindert.The adjusting mechanism 5 according to Fig. 1 consists basically of four mitein other engaged gears 6, 7, 8, 9 and three connecting coupling these gears 10, 11, 12. The gear 6 driven by the camshaft 1 is connected to the second gear 8 via a first coupling 10 and is in engagement with the latter. The second gear 8 is in turn connected to a further gear 9 via a second coupling 11 and drives it. Via the coupling 12 , gear 9 hangs on the gear 7 attached to the camshaft 2 , so that ultimately the camshaft 2 is driven opposite to the camshaft 1 . It is necessary to realize the same speeds of both camshafts that at least the two fixed to the camshafts ver connected gears 6 and 7 have the same effective diameter. In a Verdre the coupling 10 hung around the longitudinal axis of the cam shaft 1 is so gear 7 and the cam shaft 2 fixedly connected to the superimposed movement of Koppelverdrehwinkel and rolling of the gears toward each other is rotated relative to the camshaft. 1 It is immaterial at which point of the linkage the adjustment process is initiated. In addition to the adjustment angle of the linkage, the transmission ratio between the gears 6 and 7 connected to the camshafts 1 and 2 and the intermediate gears 8 and 9 is decisive for the size of the resulting angle of rotation, namely the relative rotation of the camshaft 2 relative to the camshaft 1 the greater the larger the effective diameter of the intermediate gears 8 and 9 compared to the diameters of the gears 6 and 7 . Fig. 2 shows schematically a two-camshaft valve train, on which variable control times can be realized with diaphragm valves using the adjusting mechanism according to the invention. Shown are the two camshafts 1 and 2 , which are firmly connected to the gears 6 and 7 , both of which act on a adjusting lever 3 , which in turn actuates one or more spring-assisted valves 4 in the closing direction. Fig. 3 shows schematically an overlapping embodiment of the gears 13 and 14 fixedly connected to the camshaft, which are in engagement with one another via the intermediate gears 15 and 16 . In this way, the advantages of a space-saving, closely spaced arrangement of the camshafts are associated with a reduction in the forces acting on the tooth flanks by enlarging the gears 13 and 14 assigned to the camshafts. In Fig. 4, a possibility for bracing the United actuating gear is shown. In addition to the drive of the second camshaft via the four-wheel coupling gear, the two shafts 17 and 18 are in contact with two friction wheels 19 and 20 connected to them. The two friction wheels ( 19 , 20 ) are designed with slightly different diameters, so that there is a braking or rotating torque between the driving and driven shaft, which ultimately leads to tensioning of the adjustment gear and prevents system changes on the tooth flanks.

Claims (4)

1. Vorrichtung zur variablen Steuerung der Ventile von Brennkraftmaschinen, insbesondere zur drosselfreien Laststeuerung von Ottomotoren über die Einlaß­ hubfunktion eines Einlaßventils, mit zwei gegensinnig drehenden Nockenwellen (1, 2), welche über einen Schwinghebel auf das in Schließrichtung federbelastete Ventil (4) wirken, wobei die eine der Nockenwellen die Öffnetfunktion und die an­ dere die Schließtfunktion bestimmt und durch relative Verdrehung der Nockenwel­ len gegeneinander der Hub und die Öffnungsdauer des Ventils in weiten Berei­ chen veränderbar sind, und mit einem vierrädrigen Koppelgetriebe (5) zur Relativ­ verdrehung der Nockenwellen, dessen Antriebsrad (13) mit der von der Kurbel­ welle angetriebenen Nockenwelle (1) und dessen Abtriebsrad (14) mit der anzu­ treibenden und relativ zur angetriebenen Nockenwelle (1) zu verdrehenden Nockenwelle (2) fest verbunden ist, wobei das Antriebs- und das Abtriebsrad über zwei Zwischenräder (8, 9) miteinander derart in Eingriff stehen, daß durch eine an den Koppeln (10, 11, 12) angreifende, rotatorische Verstellung einer der Koppeln ein Abrollen der Zwischenräder auf dem An- und Abtriebsrad und damit die Rela­ tivverdrehung der beiden Nockenwellen gegeneinander erfolgt dadurch gekennzeichnet, daß beide Nockenwellen (1, 2) über mit geringfügig unterschiedlichem wirksamen Durchmesser ausgebildete Reibräder (19, 20) unmittelbar derart miteinander ver­ bunden sind, daß aufgrund der geringfügigen Durchmesserdifferenz zwischen den Reibrädern ein resultierendes Moment entsteht.1.Device for variable control of the valves of internal combustion engines, in particular for throttle-free load control of gasoline engines via the intake stroke function of an intake valve, with two counter-rotating camshafts ( 1 , 2 ) which act on the spring-loaded valve ( 4 ) via a rocker arm, one of the camshafts determines the opening function and the other the closing function and the stroke and the opening duration of the valve can be varied over a wide range by relative rotation of the camshafts, and with a four-wheel coupling gear ( 5 ) for relative rotation of the camshafts, whose drive wheel ( 13 ) with the camshaft driven by the crankshaft ( 1 ) and its driven wheel ( 14 ) with the drive and relative to the driven camshaft ( 1 ) to be rotated camshaft ( 2 ), the drive and Output gear via two idler gears ( 8 , 9 ) nder are engaged in such a way that by one of the coupling ( 10 , 11 , 12 ) engaging, rotational adjustment of one of the coupling a rolling of the idler gears on the input and output gear and thus the relative rotation of the two camshafts against each other is characterized in that Both camshafts ( 1 , 2 ) via friction wheels ( 19 , 20 ) formed with slightly different effective diameters are directly connected to one another in such a way that a resultant moment arises due to the slight difference in diameter between the friction wheels. 2. Vorrichtung nach Anspruch 1, dadurch gekennzeichnet, daß das eine Reibrad (19) drehfest mit der einen Nockenwelle (1) und das andere Reibrad (20) drehfest mit der anderen Nockenwelle (2) verbunden ist und die Um­ fangsflächen der Reibräder (19, 20) die in gegenseitigem Eingriff befindlichen Reibflächen bilden.2. Device according to claim 1, characterized in that the one friction wheel ( 19 ) rotatably connected to the one camshaft ( 1 ) and the other friction wheel ( 20 ) rotatably connected to the other camshaft ( 2 ) and the circumferential surfaces of the friction wheels ( 19 , 20 ) form the friction surfaces in mutual engagement. 3. Vorrichtung nach Anspruch 1 oder 2, dadurch gekennzeichnet, daß das Antriebsrad und das Abtriebsrad mit gegenseitiger Überdeckung angeordnet sind.3. Device according to claim 1 or 2, characterized in that  the drive wheel and the driven wheel are arranged with mutual overlap are. 4. Vorrichtung nach Anspruch 3, dadurch gekennzeichnet, daß das Antriebsrad (13) und das Abtriebsrad (14) als Zahnräder ausgebildet sind und eines der beiden Zahnräder axial zweiteilig ausgeführt ist, wobei die beiden Teile symmetrisch zum anderen Zahnrad angeordnet sind.4. The device according to claim 3, characterized in that the drive wheel ( 13 ) and the driven wheel ( 14 ) are designed as gears and one of the two gears is axially made in two parts, the two parts being arranged symmetrically to the other gear.
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