DE4413408A1 - Internal combustion engine with flat tappet - Google Patents
Internal combustion engine with flat tappetInfo
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Abstract
Description
Die Erfindung betrifft eine Brennkraftmaschine mit Flachstößeln und insbesondere eine Brennkraftmaschine mit mindestens einer Nockenwelle zum Steuern von Gaswechselsteuerungselementen, die über Flachstößel mit einer Abmessung D tangential zur Laufrichtung des Nockens betrieben werden.The invention relates to an internal combustion engine Flat tappets and in particular an internal combustion engine at least one camshaft to control Gas exchange control elements using flat tappets a dimension D tangential to the direction of the cam operate.
Flachstößel, insbesondere Tassenstößel, zählen bei modernen Verbrennungsmotoren zu den bevorzugten Übertragungselementen zwischen Nockenwelle und Ventil. Grund hierfür ist die hohe Steifigkeit eines mit Tassenstößel versehenen Ventiltriebs. Andererseits weisen Motoren mit Tassenstößeln einen Nachteil auf, der im folgenden anhand der Fig. 5 erläutert werden soll.Flat tappets, especially cup tappets, are among the preferred transmission elements between the camshaft and valve in modern internal combustion engines. The reason for this is the high rigidity of a valve train provided with a tappet. On the other hand, motors with bucket tappets have a disadvantage, which will be explained below with reference to FIG. 5.
Fig. 5 zeigt den Zusammenhang zwischen Hubverlauf und Nockenform eines Nockens in Verbindung mit einem Flachstößel. Zur Darstellung ist die Drehung des Nockens durch eine Schwenkung des Stößels im Gegensinn bei stehendem Nocken ersetzt worden. Die Nockenform ist die Einhüllende der Stößelgleitfläche. Man kann für kinematische Untersuchungen den Nockentrieb durch Schubkurbel ersetzen, deren Gelenk mit dem jeweils zum Berührungspunkt B gehörigen Krümmungsmittelpunkt M der Nockenkontur zusammenfällt. x′ (gedrehter Vektor) und x′′ hängen von Kurbellänge (rM) und Stellung der gerade gültigen Schubkurbel ab. Fig. 5 shows the relationship between the stroke and cam shape of a cam in connection with a flat tappet. To illustrate, the rotation of the cam has been replaced by pivoting the plunger in the opposite direction when the cam is stationary. The cam shape is the envelope of the slide sliding surface. For kinematic investigations, the cam drive can be replaced by a thrust crank, the joint of which coincides with the center of curvature M of the cam contour belonging to the point of contact B. x ′ (rotated vector) and x ′ ′ depend on the crank length (r M ) and the position of the currently valid push crank.
Es ist ersichtlich, das die Entfernung des Nockenberührungspunktes B von der Stößelmitte der Geschwindigkeit proportional ist. Der Stößeldurchmesser muß somit der größten Hubgeschwindigkeit angepaßt sein, d. h., bei einer gegebenen Drehgeschwindigkeit der Nockenwelle hängt die maximal mögliche Öffnungsgeschwindigkeit des Ventils von dem Durchmesser des Tassenstößels ab.It can be seen that the removal of the Cam contact point B from the middle of the tappet Speed is proportional. The ram diameter must thus be adapted to the greatest lifting speed, d. H., at a given rotational speed of the camshaft depends on the maximum possible opening speed of the Valve from the diameter of the tappet.
Dieser kinematische Zusammenhang erweist sich bei der Motorenauslegung als gravierendes Problem. Ein effektiver Ladungswechsel erfordert ein möglichst schnelles Öffnen und Schließen der Ventile. Dies führt zwangsläufig dazu, daß hohe Ventilöffnungsgeschwindigkeiten angestrebt werden, die, wie oben gezeigt, einen großen Durchmesser des Tassenstößels erforderlich machen.This kinematic relationship is evident in the Engine design as a serious problem. An effective one Charge changes require opening and opening as quickly as possible Closing the valves. This inevitably leads to the fact that high valve opening speeds are sought, which, as shown above, has a large diameter of Make the tappet necessary.
Ein großer Tassenstößeldurchmesser führt jedoch zu einer sehr großen Masse des Tassenstößels, wobei der Durchmesser des Stößels im wesentlichen quadratisch in die Masse des Tassenstößels eingeht. Die große Masse des Tassenstößels macht wiederum eine große Federkraft der Ventilfeder notwendig, was erhöhte Pressungskräfte zwischen Stößel und Nocken zur Folge hat.However, a large tappet diameter leads to one very large mass of the tappet, the diameter the plunger is essentially square in the mass of the Cup tappet is received. The large mass of the tappet in turn makes the valve spring strong necessary, which increased pressure forces between the ram and Cam.
Zudem ergeben sich, insbesondere bei Mehrventilmotoren, erhebliche Platzprobleme. Die im Hinblick auf eine gewünschte Öffnungsgeschwindigkeit erforderlichen Stößeldurchmesser können bei Mehrventilmotoren oftmals nicht realisiert werden, da die zur Verfügung stehende Fläche im Zylinderkopf bei einem gegebenen Durchmesser der Zylinderbohrung nicht ausreicht.In addition, especially with multi-valve engines, considerable space problems. The with regard to one required opening speed required Tappet diameters can often be used with multi-valve engines cannot be realized because the available Area in the cylinder head for a given diameter of Cylinder bore is not sufficient.
Da der Tassenstößeldurchmesser die mögliche Ventilöffnungsgeschwindigkeit somit zwingend begrenzt, müssen entweder zur Realisierung einer angestrebten Ventilöffnungsfläche bzw. eines angestrebten Ventilhubs übermäßig lange Steuerzeiten in Kauf genommen werden, was dem Drehmomentverlauf bei niedrigen Drehzahlen abträglich ist, oder es müssen bei einer gewünschten Öffnungsdauer der Ventile eine begrenzte Öffnungsfläche bzw. ein kleiner Ventilhub in Kauf genommen werden, was den Maximalwerten von Drehmoment und Leistung abträglich ist.Because the tappet diameter is the possible Valve opening speed is therefore limited, need to either achieve a targeted Valve opening area or a desired valve stroke Excessively long tax times are accepted, what the torque curve at low speeds detrimental is, or if the opening period is desired, the Valves have a limited opening area or a smaller one Valve stroke can be accepted, which is the maximum values is detrimental to torque and power.
Zur Verbesserung von Drehmoment und Leistung ist aus dem Stand der Technik eine variable Ventilsteuerung bekannt, die im folgenden anhand der Fig. 6 erläutert werden soll.To improve torque and power, a variable valve control is known from the prior art, which will be explained below with reference to FIG. 6.
Eine innerhalb der Nockenwelle 109 koaxial mit dieser angeordnete Antriebswelle 101 ist über einen Paßstift mit einem kreisförmigen Pinhalteelement 103 verbunden, das einen ersten Pin 104 aufnimmt. Dieser erste Pin 104 ist gegenüber der Achse der Antriebswelle 101 versetzt, so daß er bei der Drehung der Antriebswelle 101 um die Achse der Antriebswelle 101 kreist. Der Antrieb der Antriebswelle 101 erfolgt über die Kurbelwelle.A drive shaft 101 arranged coaxially with the camshaft 109 is connected via a dowel pin to a circular pin holding element 103 which receives a first pin 104 . This first pin 104 is offset from the axis of the drive shaft 101 so that it rotates around the axis of the drive shaft 101 when the drive shaft 101 rotates. The drive shaft 101 is driven via the crankshaft.
Der erste Pin 104 ist über einen ersten Gleitstein 105 mit einem Zwischenglied 106 verbunden und verschiebbar in einer radial verlaufenden Ausnehmung dieses Zwischenglieds 106 aufgenommen. In einer zweiten radialen Ausnehmung des Zwischenglieds 106 ist ein zweiter Gleitstein 107 verschiebbar aufgenommen, in dem ein zweiter Pin 108 geführt ist. Der zweite Pin 108 ist formflüssig mit der Nockenwelle 109 verbunden und ebenfalls gegenüber der gemeinsamen Drehachse der Nockenwelle 109 und der Antriebswelle 101 versetzt, so daß er bei der Drehung der Nockenwelle 109 ebenfalls einen Kreis um diese Drehachse beschreibt.The first pin 104 is connected to an intermediate member 106 via a first sliding block 105 and is slidably received in a radially extending recess of this intermediate member 106 . In a second radial recess of the intermediate member 106 , a second sliding block 107 is slidably received, in which a second pin 108 is guided. The second pin 108 is positively connected to the camshaft 109 and also offset from the common axis of rotation of the camshaft 109 and the drive shaft 101 , so that when the camshaft 109 rotates it also describes a circle about this axis of rotation.
Die Drehung der Antriebswelle 101 erzeugt somit über den ersten Pin 104 und den ersten Gleitstein 105 eine Drehung des Zwischengliedes 106, dessen Drehung über den zweiten Gleitstein 107 und dem zweiten Pin 108 auf die Nockenwelle 109 übertragen wird.The rotation of the drive shaft 101 thus generates a rotation of the intermediate member 106 via the first pin 104 and the first sliding block 105 , the rotation of which is transmitted to the camshaft 109 via the second sliding block 107 and the second pin 108 .
Das Zwischenglied 106 ist über eine Steuerhülse 110 gegenüber der gemeinsamen Drehachse der Antriebswelle 101 und der Nockenwelle 109 derart radial verschiebbar, daß eine Exzentrizität zwischen dem Zwischenglied 106 und dieser gemeinsamen Drehachse der Antriebswelle 101 und der Nockenwelle 109 entsteht. Hierdurch ergeben sich während der Drehung der Antriebswelle 101 jeweils unterschiedliche Eingriffsradien zwischen dem Zwischenglied 106 und dem ersten Pin 104 einerseits und dem Zwischenglied 106 und dem zweiten Pin 108 andererseits. Dies führt zu einer Ungleichförmigkeit der Übertragung der Drehbewegung zwischen der Antriebswelle 101 und der Nockenwelle 109.The intermediate member 106 is radially displaceable relative to the common axis of rotation of the drive shaft 101 and the camshaft 109 via a control sleeve 110 such that an eccentricity arises between the intermediate member 106 and this common axis of rotation of the drive shaft 101 and the camshaft 109 . This results in different engagement radii between the intermediate member 106 and the first pin 104 on the one hand and the intermediate member 106 and the second pin 108 on the other hand during the rotation of the drive shaft 101 . This leads to non-uniformity in the transmission of the rotational movement between the drive shaft 101 and the camshaft 109 .
Obwohl eine vollständige Umdrehung der Antriebswelle 101 eine vollständige Umdrehung der Nockenwelle 109 zur Folge hat, sind die Winkelgeschwindigkeiten der Antriebswelle 101 und der Nockenwelle 109 im Verlauf dieser Umdrehung unterschiedlich. Im Verlauf einer Umdrehung, d. h. über 360 Winkelgrade, besteht eine Phase in der sich die Nockenwelle 109 schneller dreht als die Antriebswelle 101 sowie eine zweite Phase, in der sich die Nockenwelle 109 langsamer dreht als die Antriebswelle 101. Lediglich bei zwei diskreten Drehwinkeln sind die momentanen Drehgeschwindigkeiten der Antriebswelle 101 und der Nockenwelle 109 identisch.Although a complete rotation of the drive shaft 101 results in a complete rotation of the camshaft 109 , the angular velocities of the drive shaft 101 and the camshaft 109 are different in the course of this rotation. In the course of one revolution, ie over 360 angular degrees, there is a phase in which the camshaft 109 rotates faster than the drive shaft 101 and a second phase in which the camshaft 109 rotates more slowly than the drive shaft 101 . The instantaneous rotational speeds of the drive shaft 101 and the camshaft 109 are identical only at two discrete rotation angles.
Ist dagegen das Zwischenglied 106 derart verschoben, daß die Exzentrizität Null ist, so drehen sich die Antriebswelle 101 und die Nockenwelle 109 synchron zueinander.However, if the intermediate member 106 is displaced such that the eccentricity is zero, the drive shaft 101 and the camshaft 109 rotate synchronously with one another.
Die zuvor beschriebene Kinematik wird bei der bekannten Steuerung dahingehend genutzt, daß durch entsprechende Veränderung der Exzentrizität des Zwischengliedes 106 bei einer angenommenen konstanten Drehgeschwindigkeit der Antriebswelle 101 die Öffnungsphase der Ventile dadurch gekürzt werden kann, daß die Nockenerhebung hinsichtlich ihrer Lage auf der Nockenwelle in einen Bereich gelegt wird, in dem die Nockenwelle 109 schneller dreht als die Antriebswelle 101. Wird die Exzentrizität nun auf null zurückgenommen, dreht sich die Nockenwelle gegenüber der Antriebswelle gleichförmig, wodurch sich die Öffnungsdauer gegenüber dem zuvor geschilderten Fall verlängert. Wird nun das Zwischenglied weiter verschoben, so daß eine Exzentrizität in Gegenrichtung entsteht, so durchläuft der Nocken auf der Nockenwelle den entsprechenden Drehbereich abermals langsamer und die Öffnungsdauer wird verlängert.The kinematics described above is used in the known control system in such a way that by appropriately changing the eccentricity of the intermediate member 106 with an assumed constant rotational speed of the drive shaft 101, the opening phase of the valves can be shortened in that the cam elevation with respect to its position on the camshaft is in an area is placed in which the camshaft 109 rotates faster than the drive shaft 101 . If the eccentricity is now reduced to zero, the camshaft rotates uniformly with respect to the drive shaft, as a result of which the opening duration is extended compared to the case described above. If the intermediate link is now moved further so that an eccentricity occurs in the opposite direction, the cam on the camshaft passes through the corresponding rotary range again more slowly and the opening time is extended.
Der Erfindung liegt die Aufgabe zugrunde, eine Brennkraftmaschine mit Tassenstößeln so auszuführen, daß bei kurzen Ventilöffnungszeiten und geringem Tassenstößeldurchmesser ein großer Ventilöffnungsquerschnitt und ein großer Ventilhub realisiert werden können.The invention has for its object a Internal combustion engine with bucket tappets so that with short valve opening times and low Cup tappet diameter a big one Valve opening cross section and a large valve lift can be realized.
Die Lösung dieser Aufgabe ist in den Patentansprüchen angegeben.The solution to this problem is in the claims specified.
Der ungleichförmige Antrieb der Nockenwelle, insbesondere die momentane Erhöhung der Drehgeschwindigkeit der Nockenwelle, die beim Stand der Technik ausgehend von einem für den mittleren Drehzahl ausgelegten Nockenprofil im wesentlichen für eine Verkürzung bzw. Verlängerung der Ventilöffnungsdauern verwendet wurde, dient bei der erfindungsgemäßen Brennkraftmaschine dazu, bei einem möglichst geringen Tassenstößeldurchmesser und einer kurzen Öffnungsdauer der Ventile einen maximalen Ventilöffnungsquerschnitt und einen maximalen Ventilhub zu realisieren.The non-uniform drive of the camshaft, in particular the current increase in the rotational speed of the Camshaft based on a prior art designed for the medium speed cam profile in the essential for a shortening or extension of the Valve opening times were used in the Internal combustion engine according to the invention at a the smallest possible tappet diameter and a short one Opening time of the valves a maximum Cross-section of the valve opening and a maximum valve lift realize.
Ausgehend von einem gegebenen Tassenstößel, dessen Durchmesser die mögliche Auslenkung des Berührungspunktes zwischen Nocken und Tassenstößel begrenzt, wird ein Nockenprofil dahingehend ausgelegt, daß der gewünschte Öffnungsquerschnitt bzw. der gewünschte Nockenhub erreicht wird. Durch den geringen Tassenstößeldurchmesser kann der angestrebte Nockenhub nur durch ein Nockenprofil realisiert werden, das eine extrem lange Öffnungsdauer der Ventile zur Folge hat. Eine mit Nocken dieses Nockenprofils versehene Nockenwelle wird nun während der Betätigung der Ventile einer derartigen Erhöhung der momentanen Drehgeschwindigkeit gegenüber der mittleren Drehgeschwindigkeit unterworfen, das eine tatsächliche Öffnungsgeschwindigkeit erreicht wird, die bei einer entsprechenden mittleren Drehgeschwindigkeit der Nockenwelle eine Auslenkung erfordern würde, die größer wäre als der Radius des Tassenstößels. Die derart genutzte Erhöhung der momentanen Drehgeschwindigkeit der Nockenwelle hebt somit den bisher für unüberwindlich gehaltenen Zusammenhang zwischen möglicher Öffnungsgeschwindigkeit der Ventile und dem Tassenstößeldurchmesser auf.Starting from a given tappet whose Diameter the possible deflection of the point of contact between the cam and the tappet, is a Cam profile designed so that the desired Opening cross-section or the desired cam stroke reached becomes. Due to the small tappet diameter, the The desired cam stroke is only achieved with a cam profile that an extremely long opening time of the valves for Consequence. One with cams of this cam profile Camshaft is now activated when the valves are actuated such an increase in current Rotation speed compared to the middle one Subject to rotation speed, which is an actual Opening speed is reached at a corresponding average rotational speed of the Camshaft would require a deflection that is larger would be than the radius of the tappet. The one used in this way Increasing the current speed of rotation of the camshaft thus lifts the one previously considered insurmountable Relationship between possible opening speed of the Valves and the tappet diameter.
Dies hat zur Folge, daß bei sehr kurzen Ventilöffnungszeiten extrem große Nockenhübe erreicht werden können, ohne das hierzu ein großer Tassenstößeldurchmesser erforderlich ist. Umgekehrt können erfindungsgemäß Tassenstößel verwendet werden, die in ihrem Durchmesser wesentlich reduziert sind. Die hierdurch reduzierten Massenkräfte des Ventiltriebs stellen erheblich geringere Anforderungen an die Ventilfedern. Zudem kann die für die Anordnung der Gaswechselelemente zur Verfügung stehende Fläche im Zylinderkopf, die der Fläche der Zylinderbohrung entspricht, im Hinblick auf Mehrventilmotoren optimal genutzt werden.This has the consequence that with very short Valve opening times reached extremely large cam strokes can become a big one without this Cup tappet diameter is required. Conversely, you can According to the invention, tappets can be used in their Diameters are significantly reduced. The hereby reduced inertial forces of the valve train represent significant lower demands on the valve springs. In addition, the available for the arrangement of the gas exchange elements standing area in the cylinder head, which is the area of the Corresponds to cylinder bore, with regard to Multi-valve engines can be used optimally.
Insbesondere können beispielsweise bei 5-Ventil-Motoren, bei denen üblicherweise für Ein- und Auslaßseite unterschiedliche Tassenstößel verwendet werden, Tassenstößel gleicher Größe eingesetzt werden, da der entsprechende Ventilhub und damit der Öffnungsquerschnitt nicht durch den Durchmesser des Tassenstößels limitiert ist. In particular, for example with 5-valve engines, where usually for the inlet and outlet side different cup tappets are used Cup tappets of the same size can be used because the corresponding valve lift and thus the opening cross-section not limited by the diameter of the tappet is.
Die Erfindung bietet zudem Vorteile hinsichtlich des Verschleißverhaltens des Ventiltriebs. Die lange Öffnungsdauer des tatsächlich ausgeführten Nockens ermöglicht an der Nockenspitze einen relativ großen Radius, wodurch die Flächenpressung reduziert wird. Eine weitere Reduktion der Flächenpressung ergibt sich dadurch, daß aufgrund des geringen Tassenstößeldurchmessers und der daraus resultierenden geringen Masse des Tassenstößels weiche Ventilfedern benutzt werden können. Schließlich sorgt die hohe Relativgeschwindigkeit zwischen dem Nocken und dem Tassenstößel für einen optimalen Aufbau der hydrodynamischen Schmierung.The invention also offers advantages in terms of Wear behavior of the valve train. The length Opening time of the cam actually executed enables a relatively large radius at the tip of the cam, whereby the surface pressure is reduced. Another Reduction of the surface pressure results from the fact that due to the small tappet diameter and the resulting low mass of the tappet soft valve springs can be used. After all ensures the high relative speed between the cams and the tappet for an optimal structure of the hydrodynamic lubrication.
Vorteilhafte Ausgestaltungen der Erfindung, insbesondere im Hinblick auf die konstruktive Ausführung der Steuerungselemente zur Anhebung der momentanen Drehgeschwindigkeit der Nockenwelle während der Betätigung der Ventile sind in den Unteransprüchen angegeben. Ein besonderer Vorteil ergibt sich dann, wenn die Steuereinrichtung, mit der die momentane Drehgeschwindigkeit der Nockenwelle erhöht werden kann, so ausgelegt ist, daß diese Erhöhung variabel ist.Advantageous embodiments of the invention, in particular in With regard to the design of the Control elements for raising the current Speed of rotation of the camshaft during actuation of the valves are specified in the subclaims. A there is a particular advantage if the Control device with which the current Speed of rotation of the camshaft can be increased, so is designed that this increase is variable.
Die Erfindung wird nun im folgenden anhand bevorzugter Ausführungsbeispiele unter Bezugnahme auf die Zeichnung beschrieben, wobeiThe invention will now be more preferred in the following based on Exemplary embodiments with reference to the drawing described, wherein
Fig. 1 eine auseinandergezogene, schematische und teilweise im Schnitt gehaltene Darstellung einer bevorzugten Ausführungsform der Erfindung ist, Fig. 1 is an exploded, schematic and partly in section, of a preferred embodiment of the invention,
Fig. 2 eine teilweise im Schnitt gehaltene Seitenansicht der Ausführungsform nach Fig. 1 ist, FIG. 2 is a partially sectioned side view of the embodiment of FIG. 1,
Fig. 3 ein Schnitt entlang der Linie A-A in Fig. 2 ist, Fig. 3 is a section along the line AA in Fig. 2,
Fig. 4 eine Draufsicht der Ausführungsform gemäß Fig. 1 ist, Fig. 4 is a plan view of the embodiment according to FIG. 1,
Fig. 5 den Zusammenhang zwischen Hubverlauf und Nockenform eines Nockens in Verbindung mit einem Flachstößel zeigt, und Fig. 5 shows the relationship between stroke and cam shape of a cam in connection with a flat tappet, and
Fig. 6 eine Darstellung einer bekannten Steuereinrichtung ist. Fig. 6 is a diagram of a known control means.
Wie in den Fig. 1 bis 4 dargestellt, wird eine Antriebswelle 56 auf einer ersten Drehachse 55 über einen Zahnriemen 49 und eine Riemenscheibe 50 durch die Kurbelwelle (nicht gezeigt) in Drehung versetzt. Die Verbindung zur Kurbelwelle kann alternativ auch durch einen Zahnradsatz, durch Königswellen oder durch eine Kette erfolgen. Auf der Antriebswelle 56 ist ein Antriebsrad 53 mittels einer Paßfeder drehfest angeordnet. Das Antriebsrad 53 weist eine Bohrung 53A auf, die einen bestimmten Versatz gegenüber der ersten Drehachse 55 aufweist. In dieser Bohrung 53A ist ein erster Antriebsstift 51 aufgenommen.As shown in FIGS. 1 to 4, a drive shaft 56 is rotated on a first axis of rotation 55 via a toothed belt 49 and a pulley 50 by the crankshaft (not shown). Alternatively, the connection to the crankshaft can also be made by a gear set, by vertical shafts or by a chain. A drive wheel 53 is arranged on the drive shaft 56 in a rotationally fixed manner by means of a feather key. The drive wheel 53 has a bore 53 A, which has a certain offset with respect to the first axis of rotation 55 . In this bore 53 A, a first drive pin 51 is received.
Das Antriebsrad 53 und der erste Antriebsstift 51 stellen zusammen ein erstes Antriebselement dar, das sich in einem festen Übersetzungsverhältnis synchron mit der Kurbelwelle dreht. Bei einem konventionellen 4-Takt-Motor führt die Antriebswelle pro zwei Kurbelwellenumdrehungen eine vollständige Umdrehung aus.The drive wheel 53 and the first drive pin 51 together constitute a first drive element which rotates in a fixed transmission ratio in synchronism with the crankshaft. In a conventional 4-stroke engine, the drive shaft makes one complete revolution every two crankshaft revolutions.
Ein kreisförmiges Zwischenglied 60 weist mittig eine Ausnehmung 61 auf, die im wesentlichen kreisförmig verläuft und einen Innendurchmesser hat, der größer ist als der Außendurchmesser der Antriebswelle 56. Die Ausnehmung 61 mündet in zwei sich diametral gegenüberliegende Führungen 61A und 61B, die zur Führung eines ersten Gleitsteins 54 und eines zweiten Gleitsteins 57 dienen. In dem ersten Gleitstein 54 ist der erste Antriebsstift 51 und in dem zweiten Gleitstein 57 der zweite Antriebsstift 52 geführt. Dieser zweite Antriebsstift 52 ist in einer Bohrung 58A eines als Übertragungselement dienenden Zahnrads 58 aufgenommen, die gegenüber der ersten Drehachse 55 versetzt ist. Das Zahnrad 58 ist drehbar auf der Antriebswelle 56 gelagert und durch einen Sprengring axial gesichert.A circular intermediate member 60 has a recess 61 in the center which is essentially circular and has an inner diameter which is larger than the outer diameter of the drive shaft 56 . The recess 61 opens into two diametrically opposite guides 61 A and 61 B, which are used to guide a first sliding block 54 and a second sliding block 57 . The first drive pin 51 is guided in the first slide block 54 and the second drive pin 52 is guided in the second slide block 57 . This second drive pin 52 is received in a bore 58 A of a gear 58 serving as a transmission element, which is offset with respect to the first axis of rotation 55 . The gear 58 is rotatably mounted on the drive shaft 56 and axially secured by a snap ring.
Durch die beschriebene Anordnung wird über die Kurbelwelle (nicht dargestellt), den Zahnriemen 49, die Riemenscheibe 50, die Antriebswelle 56, das Antriebsrad 53, den ersten Antriebsstift 51, den ersten Gleitstein 54, das Zwischenglied 60, den zweiten Gleitstein 57, den zweiten Antriebsstift 52 und das Zahnrad 58 eine Drehbewegung auf ein Nockenwellenzahnrad 59 übertragen, das sich mit dem Zahnrad 58 im Eingriff befindet.Due to the arrangement described, the crankshaft (not shown), the toothed belt 49 , the pulley 50 , the drive shaft 56 , the drive wheel 53 , the first drive pin 51 , the first sliding block 54 , the intermediate member 60 , the second sliding block 57 , the second Drive pin 52 and gear 58 transmit rotational motion to camshaft gear 59 which is in mesh with gear 58 .
Das Zahnrad 58 und der zweite Antriebsstift 52 bilden ein zweites Antriebselement, daß sich synchron mit der Nockenwelle bewegt.The gear 58 and the second drive pin 52 form a second drive element that moves synchronously with the camshaft.
Das Zwischenglied 60 ist in einem Betätigungselement 70 drehbar gelagert. Das Betätigungselement 70 weist eine dem Außendurchmesser des Zwischenglieds 60 entsprechende kreisförmige Bohrung 71 auf. Desweiteren sind in dem Betätigungselement 70 eine erste Ausnehmung 74 und eine zweite Ausnehmung 75 vorgesehen, in denen ein erster Exzentergleitstein 82 bzw. ein zweiter Exzentergleitstein 92 verschiebbar aufgenommen sind. Diese Exzentergleitsteine 82 und 92 können über auf Exzenterwellen 81 bzw. 91 angeordnete Exzenter 80 bzw. 90 verschoben werden.The intermediate member 60 is rotatably supported in an actuating element 70 . The actuating element 70 has a circular bore 71 corresponding to the outer diameter of the intermediate member 60 . Furthermore, a first recess 74 and a second recess 75 are provided in the actuating element 70 , in which a first eccentric sliding block 82 and a second eccentric sliding block 92 are slidably received. These eccentric sliding blocks 82 and 92 can be moved via eccentrics 80 and 90 arranged on eccentric shafts 81 and 91 , respectively.
Das Betätigungselement 70 ist in einer Führung 25 eines Steuergehäuses 20 so geführt, daß es in einer Ebene senkrecht zum Zylinderkopfdeck hin- und herbewegbar ist. Durch die Stellung der beiden Exzenter 80 und 90 ist die Lage des Betätigungselements 70 in dieser Ebene eindeutig definiert. Die Führung in axialer Richtung der ersten Drehachse 55 wird von den Seitenwänden der Führung 25 gewährleistet.The actuating element 70 is guided in a guide 25 of a control housing 20 such that it can be moved back and forth in a plane perpendicular to the cylinder head deck. The position of the actuating element 70 in this plane is clearly defined by the position of the two eccentrics 80 and 90 . The guidance in the axial direction of the first axis of rotation 55 is ensured by the side walls of the guidance 25 .
Werden nun der erste Exzenter 80 über die erste Exzenterwelle 81 und/oder der zweite Exzenter 90 über die zweite Exzenterwelle 91 gedreht, so bewegen sich der erste Exzentergleitstein 82 und/oder der zweite Exzentergleitstein 92 in den Ausnehmungen 74 bzw. 75 des Betätigungselements 70 und verschieben dieses innerhalb der Führung 25 des Steuergehäuses 20. Hierdurch wird das in dem Betätigungselement 70 gelagerte Zwischenglied 60 gegenüber der ersten Drehachse 55 verschoben, wodurch sich die Eingriffsradien des ersten Antriebsstifts 51 und des zweiten Antriebsstifts 53 während der Drehung des Zwischengliedes 60 verändern.If the first eccentric 80 is rotated via the first eccentric shaft 81 and / or the second eccentric 90 via the second eccentric shaft 91 , then the first eccentric sliding block 82 and / or the second eccentric sliding block 92 move in the recesses 74 and 75 of the actuating element 70 and move this within the guide 25 of the control housing 20th As a result, the intermediate member 60 mounted in the actuating element 70 is displaced relative to the first axis of rotation 55 , as a result of which the engagement radii of the first drive pin 51 and the second drive pin 53 change during the rotation of the intermediate member 60 .
Die Antriebswelle 56 ist über einen Lagerbock 21 und einen Lagerdeckel 22 gelagert. In der dargestellten bevorzugten Ausführungsform ist der Lagerbock 21 materialeinheitlich mit dem Steuergehäuse 20 ausgeführt. Wahlweise kann die Lagerung der Antriebswelle 56 jedoch auch separat erfolgen. Die Lagerung der Exzenterwellen 81 und 91 kann ebenfalls in das Steuergehäuse 20 integriert sein.The drive shaft 56 is mounted on a bearing block 21 and a bearing cover 22 . In the preferred embodiment shown, the bearing block 21 is made of the same material as the control housing 20 . Optionally, however, the drive shaft 56 can also be mounted separately. The bearing of the eccentric shafts 81 and 91 can also be integrated in the control housing 20 .
Der Lagerbock 21 ist derart ausgeführt, daß er mit seiner Unterseite als Lagerdeckel für die Nockenwellenlagerung dient. Es können somit zur Befestigung des Lagerdeckels 22 Gewindestifte verwendet werden, die durch den Lagerbock 21 hindurch bis in den Lagerbock für die Nockenwelle (nicht gezeigt) reichen. Die beschriebenen Bauteile können als komplett vormontierte Einheit in bzw. an dem Steuergehäuse 20 vorgesehen werden, das auf einen bestehenden Zylinderkopf (nicht gezeigt) aufgesetzt werden kann.The bearing block 21 is designed such that it serves as a bearing cover for the camshaft bearing with its underside. It can thus be used to fasten the bearing cover 22 setscrews which extend through the bearing block 21 into the bearing block for the camshaft (not shown). The components described can be provided as a completely preassembled unit in or on the control housing 20 , which can be placed on an existing cylinder head (not shown).
Abweichend zu der in den Fig. 1 bis 4 dargestellten Ausführungsform kann das Betätigungselement 70 auch lediglich über einen Exzenter verschoben werden. In diesem Fall sind entsprechende Führungen vorzusehen, die die Verschieberichtung festlegen.In a departure from the embodiment shown in FIGS. 1 to 4, the actuating element 70 can also be moved only via an eccentric. In this case, appropriate guides must be provided, which determine the direction of displacement.
Die Verschiebung kann abweichend von der gezeigten Ausführungsform auch durch andere Bauelemente, beispielsweise durch ein Zusammenwirken eines Zahnrads mit einer Zahnstange erfolgen.The shift may differ from that shown Embodiment also by other components, for example, by the interaction of a gearwheel a rack.
Zudem ist eine Ausführungsform möglich, bei der das Betätigungselement 70 nicht verschiebbar angeordnet ist, sondern eine gleichbleibende Exzentrizität gegenüber der ersten Drehachse 55 aufweist. Die in dem beschriebenen Ausführungsbeispiel vorgesehenen Bauelemente zum Verschieben des Betätigungselements 70, beispielsweise die Exzenter 80, 90 und die Exzenterwellen 81, 91 können in diesem Fall entfallen. Der hierdurch frei werdende Bauraum kann zur Ermöglichung einer größeren Exzentrizität genutzt werden oder es kann durch entsprechende Dimensionierung den steigenden mechanischen Beanspruchungen bei hohen Drehzahlen und großen Exzentrizitäten Rechnung getragen werden. In addition, an embodiment is possible in which the actuating element 70 is not arranged to be displaceable, but instead has a constant eccentricity with respect to the first axis of rotation 55 . The components provided in the exemplary embodiment described for displacing the actuating element 70 , for example the eccentrics 80 , 90 and the eccentric shafts 81 , 91, can be omitted in this case. The space that is freed up in this way can be used to enable greater eccentricity or, by appropriate dimensioning, the increasing mechanical loads at high speeds and large eccentricities can be taken into account.
BezugszeichenlisteReference list
1 Nockenwelle
2 Nocken
5 Nockenwellenachse
8 Gaswechselsteuerungselement, Ventil
9 Tassenstößel
20 Steuergehäuse
21 Lagerbock
22 Lagerdeckel
25 Führung
49 Zahnriemen
50 Riemenscheibe
51 erster Antriebsstift
52 zweiter Antriebsstift
53 Antriebsrad
53A Bohrung
54 erster Gleitstein
55 erste Drehachse
56 Antriebswelle
57 zweiter Gleitstein
58 Übertragungselement
58A Bohrung
59 Nockenwellenzahnrad
60 Zwischenglied
61 Ausnehmung
61A Führung
61B Führung
70 Betätigungselement
71 Bohrung
74 erste Ausnehmung
75 zweite Ausnehmung
80 erster Exzenter
81 erste Exzenterwelle
82 erster Exzentergleitstein
90 zweiter Exzenter
91 zweite Exzenterwelle
92 zweiter Exzentergleitstein. 1 camshaft
2 cams
5 camshaft axis
8 gas exchange control element, valve
9 tappets
20 control housings
21 bearing block
22 bearing caps
25 leadership
49 timing belts
50 pulley
51 first drive pin
52 second drive pin
53 drive wheel
53 A hole
54 first sliding block
55 first axis of rotation
56 drive shaft
57 second sliding block
58 transmission element
58 A hole
59 camshaft gear
60 pontic
61 recess
61 A leadership
61 B leadership
70 actuator
71 hole
74 first recess
75 second recess
80 first eccentric
81 first eccentric shaft
82 first eccentric sliding block
90 second eccentric
91 second eccentric shaft
92 second eccentric sliding block.
Claims (14)
mit mindestens einer Nockenwelle (1) zum Steuern von mindestens einem Gaswechselsteuerungselement (8), das über einen Flachstößel (9) mit einer Abmessung D tangential zur Laufrichtung des Nockens (2) betrieben wird,
wobei die Nockenwelle (1) derart angetrieben ist, daß sie dann eine vollständige Umdrehung um 360° ausführt, wenn die Brennkraftmaschine eine ganzzahlige Anzahl von vollständigen Umdrehungen ausführt, wodurch sich ein mittleres Übersetzungsverhältnis zwischen der Drehzahl der Nockenwelle (1) und der Drehzahl der Brennkraftmaschine ergibt,
und
mit einer Steuereinrichtung, die die momentane Drehgeschwindigkeit der Nockenwelle (1) gegenüber einer sich aus dem mittleren Übersetzungsverhältnis und der Drehzahl der Brennkraftmaschine ergebenden mittleren Drehgeschwindigkeit während der Betätigung des Gaswechselsteuerungselements (8) erhöht,
dadurch gekennzeichnet,
daß die momentane Drehgeschwindigkeit einen Wert aufweist, der eine Öffnungsgeschwindigkeit des Gaswechselsteuerungselements (8) zur Folge hat, die bei der entsprechenden mittleren Drehgeschwindigkeit eine Auslenkung (x′) des Berührungspunktes (B) zwischen Nocken (2) und Flachstößel (9) erfordern würde, die größer ist als D/2.1. Internal combustion engine
with at least one camshaft ( 1 ) for controlling at least one gas exchange control element ( 8 ), which is operated via a flat tappet ( 9 ) with a dimension D tangential to the running direction of the cam ( 2 ),
wherein the camshaft ( 1 ) is driven such that it makes a complete revolution through 360 ° when the internal combustion engine makes an integer number of complete revolutions, which results in an average transmission ratio between the speed of the camshaft ( 1 ) and the speed of the internal combustion engine results in
and
with a control device which increases the instantaneous rotational speed of the camshaft ( 1 ) compared to an average rotational speed resulting from the average transmission ratio and the rotational speed of the internal combustion engine during the actuation of the gas exchange control element ( 8 ),
characterized,
that the instantaneous rotational speed has a value which results in an opening speed of the gas exchange control element ( 8 ), which would require a deflection (x ′) of the contact point (B) between the cam ( 2 ) and flat tappet ( 9 ) at the corresponding mean rotational speed, which is larger than D / 2.
ein erstes Antriebselement (51, 53), das eine mit der Drehung der Brennkraftmaschine synchronisierte Drehbewegung ausführt, die gegenüber der Drehzahl der Brennkraftmaschine ein festes Übersetzungsverhältnis aufweist,
ein zweites Antriebselement (52, 58), das eine mit der Drehung der Nockenwelle (1) synchronisierte Drehbewegung ausführt, die gegenüber der Drehzahl der Nockenwelle (1) ein festes Übersetzungsverhältnis aufweist, und
ein Zwischenglied (60), das das erste Antriebselement (51, 53) und das zweite Antriebselement (52, 58) derart miteinander koppelt, daß das zweite Antriebselement (52, 58) eine vollständige Drehung ausführt, wenn sich das erste Antriebselement (51, 53) einmal vollständig dreht,
wobei das Zwischenglied (60) die beiden Antriebselemente (51, 53; 52, 58) derart miteinander verbindet, daß die Momentangeschwindigkeit des zweiten Antriebselements (52, 58) während einer bestimmten Phase einer Umdrehung größer ist als die Momentangeschwindigkeit des ersten Antriebselements (51, 53).2. Internal combustion engine according to claim 1, characterized by
a first drive element ( 51 , 53 ) which carries out a rotary movement which is synchronized with the rotation of the internal combustion engine and which has a fixed transmission ratio in relation to the rotational speed of the internal combustion engine,
a second drive element ( 52 , 58 ) which carries out a rotational movement which is synchronized with the rotation of the camshaft ( 1 ) and which has a fixed transmission ratio with respect to the rotational speed of the camshaft ( 1 ), and
an intermediate member ( 60 ) which couples the first drive element ( 51 , 53 ) and the second drive element ( 52 , 58 ) to one another in such a way that the second drive element ( 52 , 58 ) performs a complete rotation when the first drive element ( 51 , 53 ) turns completely once
wherein the intermediate member ( 60 ) connects the two drive elements ( 51 , 53 ; 52 , 58 ) to one another in such a way that the instantaneous speed of the second drive element ( 52 , 58 ) during a certain phase of a revolution is greater than the instantaneous speed of the first drive element ( 51 , 53 ).
daß das erste Antriebselement (51, 53) einen ersten Antriebsstift (51) aufweist, der so gelagert ist, daß er bei Drehung der Brennkraftmaschine eine Kreisbewegung um eine erste Drehachse (55) mit einer Drehzahl ausführt, die gegenüber der Motordrehzahl ein festes Übersetzungsverhältnis aufweist, und
daß das zweite Antriebselement (52, 58) einen zweiten Antriebsstift (52) aufweist, der so gelagert ist, daß er bei Drehung der Brennkraftmaschine eine Kreisbewegung um die erste Drehachse (55) mit einer Drehzahl ausführt, die gegenüber der Drehzahl der Nockenwelle (1) ein festes Übersetzungsverhältnis aufweist,
wobei das Zwischenglied (60) der Kraftübertragung von dem ersten Antriebsstift (51) auf den zweiten Antriebsstift (52) derart dient, daß nach einer ganzen Umdrehung des Zwischengliedes (60) der erste Antriebsstift (51) und der zweite Antriebsstift (52) jeweils eine vollständige Kreisbahn beschrieben haben, und
wobei die Drehachse des Zwischengliedes (60) gegenüber der ersten Drehachse (55) verschiebbar ist.3. Internal combustion engine according to claim 2, characterized in
that the first drive element ( 51 , 53 ) has a first drive pin ( 51 ), which is mounted so that when the internal combustion engine rotates, it executes a circular movement about a first axis of rotation ( 55 ) at a speed which has a fixed transmission ratio with respect to the engine speed , and
that the second drive element ( 52 , 58 ) has a second drive pin ( 52 ) which is mounted in such a way that when the internal combustion engine rotates, it executes a circular movement about the first axis of rotation ( 55 ) at a speed which is greater than the speed of the camshaft ( 1 ) has a fixed gear ratio,
wherein the intermediate member ( 60 ) is used to transmit power from the first drive pin ( 51 ) to the second drive pin ( 52 ) such that after a complete revolution of the intermediate member ( 60 ) the first drive pin ( 51 ) and the second drive pin ( 52 ) each have one have described the complete circular path, and
the axis of rotation of the intermediate member ( 60 ) being displaceable with respect to the first axis of rotation ( 55 ).
daß die erste Drehachse (55) gegenüber der Nockenwellenachse (5) versetzt ist und
daß der zweite Antriebsstift (52) ein koaxial zu der ersten Drehachse (55) gelagertes Übertragungselement (58) zur Übertragung einer Drehbewegung auf die Nockenwelle (1) antreibt.4. Internal combustion engine according to claim 3, characterized in that
that the first axis of rotation ( 55 ) is offset from the camshaft axis ( 5 ) and
that the second drive pin ( 52 ) drives a transmission element ( 58 ) mounted coaxially to the first axis of rotation ( 55 ) for transmitting a rotary movement to the camshaft ( 1 ).
Priority Applications (3)
| Application Number | Priority Date | Filing Date | Title |
|---|---|---|---|
| DE19944413408 DE4413408A1 (en) | 1994-04-18 | 1994-04-18 | Internal combustion engine with flat tappet |
| AU23026/95A AU2302695A (en) | 1994-04-18 | 1995-04-13 | Internal combustion engine with flat tappet |
| PCT/DE1995/000516 WO1995028553A1 (en) | 1994-04-18 | 1995-04-13 | Internal combustion engine with flat tappet |
Applications Claiming Priority (1)
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|---|---|---|---|
| DE19944413408 DE4413408A1 (en) | 1994-04-18 | 1994-04-18 | Internal combustion engine with flat tappet |
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| DE (1) | DE4413408A1 (en) |
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Cited By (1)
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1995
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- 1995-04-13 WO PCT/DE1995/000516 patent/WO1995028553A1/en active Application Filing
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| Buschmann/Koeßler, Handbuch für den Kraftfahrzeugingenieur 8. völlig neu bearbeitete und erweiterte Auflage des "Taschenbuch für den Kraftfahrzeugingenieur", Deutsche Verlags Anstalt GmbH Stuttgart, 1973, S. 214 u. 215 * |
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Also Published As
| Publication number | Publication date |
|---|---|
| WO1995028553A1 (en) | 1995-10-26 |
| AU2302695A (en) | 1995-11-10 |
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Legal Events
| Date | Code | Title | Description |
|---|---|---|---|
| OP8 | Request for examination as to paragraph 44 patent law | ||
| 8127 | New person/name/address of the applicant |
Owner name: ERNST, ARMIN, 88477 SCHWENDI, DE |
|
| 8139 | Disposal/non-payment of the annual fee |