DE10101011A1

DE10101011A1 - Camshaft with radially adjustable cam profile for variable lift of lifting elements has control shaft adjustment with cam mounted within camshaft that engages radially deployable cam profile

Info

Publication number: DE10101011A1
Application number: DE2001101011
Authority: DE
Inventors: Uwe Brandt; Rolf Bosse; Achim Freitag
Original assignee: Volkswagen AG
Current assignee: Volkswagen AG
Priority date: 2001-01-11
Filing date: 2001-01-11
Publication date: 2002-07-18

Abstract

The device has control shaft (2) movably mounted in a hollow camshaft (1) for adjusting the cam profile (4) and in engagement with the radially displaceable cam profile. The control shaft rotates with but can be tilted with respect to the camshaft and is preferably centrally arranged inside the camshaft. The control shaft has an adjustment cam (3) mounted within the camshaft that engages a radially deployable cam profile.

Description

Die Erfindung betrifft eine Nockenwelle mit radial verstellbarer Nockenkontur für variablen Hub von Hubelementen gemäß den im Oberbegriff des Haupt- und der Nebenansprüche genannten Merkmale.The invention relates to a camshaft with a radially adjustable cam contour for variable stroke of lifting elements according to the in the preamble of the main and the Features mentioned claims.

Vorbekannt ist durch die Schrift US-PS 5.505.168 eine variable Ventilsteuerung, bei der die Größe des Ventilhubes je nach Erfordernis eingestellt wird. Dazu befindet sich innerhalb einer hohlen Nockenwelle eine Steuerwelle, die axial in beiden Richtungen bewegbar ist. Im Bereich des zu steuernden Ventils weist die Nockenwelle auf ihrem Umfang eine radial verlagerbare Nockenkontur auf, die in der Nockenwelle verschiebbar, jedoch drehfest geführt ist.A variable valve control is known from the document US Pat. No. 5,505,168, in which the size of the valve stroke is set as required. This is located inside a hollow camshaft a control shaft that is axially in both directions is movable. In the area of the valve to be controlled, the camshaft points to its Extends a radially displaceable cam contour in the camshaft slidable, but is non-rotatably guided.

In die Steuerwelle ist im Bereich der Nocken eine zur Achse der Steuerwelle gerichtete, geneigte Fläche eingearbeitet, die mit dem Ansatz des zweiten Nockens im Eingriff steht. So wird bei Bewegung der Steuerwelle in der einen Richtung der zweite Nocken radial nach außen bewegt, bis die abschließenden Flächen beider Nocken in einer Ebene liegen und in dieser Lage eine Ventilsteuerung erfolgt. Eine weitere Steuerung des Ventils wird erreicht durch den zweiten Nocken, der zum ersten Nocken einen maximalen Abstand erreicht.In the control shaft in the area of the cams is a inclined surface that engages with the neck of the second cam stands. So when the control shaft moves in one direction, the second cam moved radially outward until the closing surfaces of both cams in one Lie level and in this position valve control takes place. Another control of the valve is achieved by the second cam, which joins the first cam maximum distance reached.

Die vorgenannte variable Ventilsteuerung mittels radial verstellbarer Nocken der Nockenwelle hat den Nachteil, dass der Verstellbereich der Ventilsteuerzeiten eingeschränkt ist.The aforementioned variable valve control by means of radially adjustable cams Camshaft has the disadvantage that the adjustment range of the valve timing is restricted.

Es ist die Aufgabe der Erfindung, einen im Bereich der Nockenwelle angeordneten, verstellbaren Nocken geometrisch so zu gestalten, dass bei entsprechendem Zusammenwirken mit der Steuerwelle ein großer Verstellbereich der Steuerzeiten für die Hubverstellung von Hubelementen erreicht wird.It is the object of the invention to provide a camshaft arranged in the area of the camshaft. to design adjustable cams geometrically so that with the corresponding In cooperation with the control shaft a large adjustment range of the timing for the Stroke adjustment of lifting elements is achieved.

Die erfindungsgemäße Lösung der Aufgabe erfolgt durch die jeweils im kennzeichnenden Teil des Haupt- und der Nebenansprüche genannten Merkmale. The object of the invention is achieved by in each case characteristic part of the main and secondary claims mentioned features.

Bei allen nachfolgend angegebenen Lösungen kann durch Ausfahren der Nockenkontur über den Grundkreis hinaus das gewünschte Maß des Hubes eingestellt werden.With all of the solutions listed below, the cam contour can be extended the desired stroke dimension can be set beyond the base circle.

Die erste erfindungsgemäße Lösung weist eine mit der Nockenwelle umlaufende, jedoch zu dieser verschwenkbare Steuerwelle auf, die innerhalb der Nockenwelle vorzugsweise zentrisch gelagert angeordnet ist. Diese Steuerwelle trägt einen im Inneren der Nockenwelle gelagerten Verstellnocken, der mit einer durch eine radiale Aussparung der Nockenwelle nach außen schwenkbaren und dabei radial ausfahrenden Nockenkontur im Eingriff steht.The first solution according to the invention, however, has a rotating one with the camshaft to this pivotable control shaft, which is preferably within the camshaft is arranged centrally. This control shaft carries one inside the Camshaft-mounted adjustment cam, which is supported by a radial recess in the Camshaft can be pivoted outwards and radially extends the cam contour is engaged.

Die zweite erfindungsgemäße Lösung weist eine drehbare Steuerwelle und eine drehbare Führungswelle auf, die beide mit der Nockenwelle umlaufen. Beide Wellen sind innerhalb der Nockenwelle außermittig mit gleichem Abstand von deren Drehachse angeordnet. Die Steuerwelle und die Führungswelle weisen je Kurbelarme auf, an denen eine radial ausfahrbare Nockenkontur angelenkt ist, die durch eine radiale Aussparung der Nockenwelle nach außen schwenkbar und dabei radial ausfahrbar ist.The second solution according to the invention has a rotatable control shaft and a rotatable guide shaft, both of which rotate with the camshaft. Both waves are eccentric within the camshaft at the same distance from the axis of rotation arranged. The control shaft and the guide shaft each have crank arms on which a radially extendable cam contour is articulated through a radial recess the camshaft can be pivoted outwards and is radially extendable.

Die dritte erfindungsgemäße Lösung weist eine mit der Nockenwelle umlaufende, verdrehbare Steuerwelle auf. Sie ist innerhalb der Nockenwelle außermittig von deren Drehachse gelagert angeordnet und trägt mehrere radial ausschwenkbare Nockenkonturen. Diese sind durch eine radiale Aussparung der Nockenwelle nach außen schwenkbar.The third solution according to the invention has a rotating, with the camshaft, rotatable control shaft. It is eccentric of the camshaft within the camshaft The axis of rotation is arranged in a bearing and carries several radially pivotable ones Cam contours. These are due to a radial recess in the camshaft swiveling outside.

Die Ausgestaltungen gemäß der Unteransprüche und deren Wirkungen werden im Zusammenhang in der Beschreibung erläutert.The configurations according to the dependent claims and their effects are in Context explained in the description.

Anhand der Zeichnung werden nachfolgend Ausführungsbeispiele der Erfindung näher erläutert.Exemplary embodiments of the invention are described in more detail below with the aid of the drawing explained.

Es zeigt:It shows:

Fig. 1 eine innerhalb der Nockenwelle angeordnete Verstellvorrichtung mit einer schwenkbaren Steuerwelle, Fig. 1 is a arranged within the camshaft adjusting device with a pivotable control shaft,

Fig. 2 eine innerhalb der Nockenwelle angeordnete Verstellvorrichtung mit zwei schwenkbaren Steuerwellen. Fig. 2 shows an adjusting device arranged within the camshaft with two pivotable control shafts.

Fig. 3 eine innerhalb der Nockenwelle angeordnete Verstellvorrichtung mit einer verdrehbaren Steuerwelle Fig. 3 shows an adjusting device arranged within the camshaft with a rotatable control shaft

Fig. 1 zeigt eine Nockenwelle 1 mit radial verstellbarer Nockenkontur 4 für variablen Hub von Hubelementen, die vorzugsweise für Ventilsteuerungen von Verbrennungsmotoren anwendbar ist. Innerhalb der hohlen Nockenwelle 1 ist eine relativ zu dieser drehbare Steuerwelle 2 zentrisch angeordnet. Die Steuerwelle 2 weist einen Verstellnocken 3 auf, der mit einer Nockenkontur 4 im Eingriff steht. Die Nockenkontur 4 ist mittels Halterung 5 und Lageranordnung 6 an der Nockenwelle 1 angelenkt und innerhalb einer radialen Aussparung 7 der Nockenwelle 1 im Bereich einer Nockenwellenverstärkung 8 schwenkbar angeordnet. Durch Verdrehen der Steuerwelle 2 in Pfeilrichtung A ist die Stellung der radial ausfahrbaren Nockenkontur 4 durch den Verstellnocken 3 in Pfeilrichtung D veränderbar, wobei in Fig. 1 die maximale Ausfahrstellung der Nockenkontur 4, d. h. zum Erzielen des maximalen Hubes dargestellt ist. Fig. 1 shows a camshaft 1 with a radially adjustable cam contour 4 for variable stroke of lifting elements, which is preferably applicable for valve controls of internal combustion engines. Within the hollow camshaft 1 , a control shaft 2 rotatable relative to the latter is arranged centrally. The control shaft 2 has a shift cam 3, which communicates with a cam contour 4 in engagement. The cam contour 4 is articulated on the camshaft 1 by means of a holder 5 and bearing arrangement 6 and is pivotably arranged within a radial recess 7 of the camshaft 1 in the area of a camshaft reinforcement 8 . By turning the control shaft 2 in the direction of arrow A, the position of the radially extendable cam contour 4 can be changed by the adjusting cam 3 in the direction of arrow D, FIG. 1 showing the maximum extended position of the cam contour 4 , ie for achieving the maximum stroke.

In einer weiteren Ausführungsart gemäß Fig. 2 sind eine drehbare Steuerwelle 9 und eine drehbare Führungswelle 10, jeweils in Pfeilrichtung B, innerhalb der hohlen Nockenwelle 11 außermittig mit gleichem Abstand von der Drehachse 12 derselben angeordnet. Steuerwelle 9 und Führungswelle 10 laufen mit der Nockenwelle 11 in Pfeilrichtung C um. Beide weisen Kurbelarme 13, 14 auf, die nach dem Parallelkurbelprinzip P, P' über entsprechende Lagerelemente 15, 16 mit einer Nockenkontur 17 verbunden sind. Die Nockenkontur 17 ist innerhalb einer radialen Aussparung 18 der Nockenwelle 11 schwenkbar und dabei radial ausfahrbar angeordnet.In a further embodiment according to FIG. 2, a rotatable control shaft 9 and a rotatable guide shaft 10 , each in the direction of arrow B, are arranged eccentrically within the hollow camshaft 11 at the same distance from the axis of rotation 12 thereof. Control shaft 9 and guide shaft 10 rotate with camshaft 11 in the direction of arrow C. Both have crank arms 13 , 14 which, according to the parallel crank principle P, P ', are connected to a cam contour 17 via corresponding bearing elements 15 , 16 . The cam contour 17 can be pivoted within a radial recess 18 of the camshaft 11 and can be extended radially.

Im Ausführungsbeispiel gemäß Fig. 2 hat die Nockenkontur 17 die maximale Ausfahrstellung über den Grundkreis D 11 erreicht. Durch Verdrehen der Steuerwelle 9 in Pfeilrichtung B wird der Kurbelarm 13 um den Winkel α verdreht. Analog wird die Führungswelle 10 in Pfeilrichtung B analog verschwenkt und der Kurbelarm 14 um den gleichen Winkel α verstellt. Dies hat zur Folge, dass sich die Nockenkontur 17 innerhalb der Aussparung 18 in radialer Richtung um den Winkel α verlagert und dabei zum Grundkreis hin abgesenkt.In the exemplary embodiment according to FIG. 2, the cam contour 17 has reached the maximum extended position via the base circle D 11. By turning the control shaft 9 in the direction of arrow B, the crank arm 13 is rotated by the angle α. Analogously, the guide shaft 10 is pivoted analogously in the direction of arrow B and the crank arm 14 is adjusted by the same angle α. As a result, the cam contour 17 is displaced in the radial direction by the angle α within the recess 18 and is thereby lowered toward the base circle.

Mit den vorbeschriebenen erfindungsgemäßen Ausführungen ist es möglich, durch das Maß des Ausfahrens der Nockenkontur über den Grundkreis die gewünschte Größe des Hubes einzustellen. Somit ist durch die radial verstellbare Nockenkontur 4 bzw. 17 eine variable Öffnungscharakteristik, beispielsweise bei Gaswechselventilen von Brennkraftmaschinen, zu erzielen.With the above-described embodiments according to the invention, it is possible to set the desired size of the stroke by the extent of the extension of the cam contour over the base circle. The radially adjustable cam contour 4 or 17 can thus achieve a variable opening characteristic, for example in gas exchange valves of internal combustion engines.

In Fig. 3 ist eine Nockenwelle 19 mit mehreren radial ausfahrbaren Nockenkonturen 20a bis 20d zum Einstellen der Größe des Hubes von Hubelementen gezeigt. In der hohlen Nockenwelle 19 ist eine Steuerwelle 21 zum Verstellen einer Nockenscheibe 20 mit den ausfahrbaren Nockenkonturen 20a bis 20d verdrehbar gelagert angeordnet. Die drehbare Steuerwelle 21 läuft mit der Nockenwelle 19 um und ist innerhalb dieser außermittig von deren Drehachse 22 gelagert. Die radial ausschwenkbaren Nockenkonturen 20a bis 20d können durch eine radiale Aussparung 23 in der Nockenwelle 1 radial nach außen geschwenkt werden. Die Winkelerstreckung der Aussparung 23 richtet sich nach der Größe des Hüllkreises 24 für die höchste der Nockenkonturen 20a bis 20d. Diese Ausführung erlaubt es eine oder zwei benachbarte Nockenkonturen, z. B. 20a und 20b wie dargestellt, auszuschwenken, so dass einerseits unterschiedlicher Hub und unterschiedliche Hublage und andererseits zwei hintereinander folgende Hübe mit unterschiedlicher Größe und unterschiedlicher Hublage einstellbar sind.In Fig. 3, a cam shaft 19 having a plurality of radially expandable cam contours 20 a to 20 d is for adjusting the size of the stroke of lifting elements shown. In the hollow camshaft 19 , a control shaft 21 for adjusting a cam disk 20 with the extendable cam contours 20 a to 20 d is rotatably arranged. The rotatable control shaft 21 rotates with the camshaft 19 and is mounted eccentrically within its axis of rotation 22 . The radially pivotable cam contours 20 a to 20 d can be pivoted radially outwards through a radial recess 23 in the camshaft 1 . The angular extent of the recess 23 depends on the size of the enveloping circle 24 for the highest of the cam contours 20 a to 20 d. This design allows one or two adjacent cam contours, e.g. B. 20a and 20b as shown, swing out so that on the one hand different stroke and different stroke position and on the other hand two successive strokes with different size and different stroke position are adjustable.

Generell ist bei den vorbeschriebenen Ausführungen die in der Nockenwelle gelagerte und mit dieser umlaufenden Steuerwelle zum Verändern der wirksamen Nockenkontur in ihrer Lagerung zu verdrehen. Mechanismen zum Verdrehen der Steuerwellen innerhalb der umlaufenden Nockenwelle sind nicht dargestellt.In general, in the above-described versions, the one mounted in the camshaft and with this rotating control shaft to change the effective cam contour in to twist their storage. Mechanisms for turning the control shafts within the rotating camshaft are not shown.

Die Erfindung ist z. B. auch für die Steuerung der Hubgröße und -lage von Pumpenkolben anwendbar. The invention is e.g. B. also for the control of the stroke size and position of Pump piston applicable.

BEZUGSZEICHENLISTELIST OF REFERENCE NUMBERS

11

Nockenwelle
camshaft

22

Steuerwelle
control shaft

33

Verstellnocken
recliner

44

Nockenkontur
cam contour

55

Halterung
bracket

66

Lageranordnung
bearing arrangement

77

Aussparung
recess

88th

hohle Nockenwelle bzw. ein Teil
hollow camshaft or part

99

Steuerwelle
control shaft

1010

Führungswelle
guide shaft

1111

Nockenwelle
camshaft

1212

Drehachse
axis of rotation

1313

Kurbelarme
crank arms

1414

Kurbelarme
crank arms

1515

Lagerelemente
bearing elements

1616

Lagerelemente
bearing elements

1717

Nockenkontur
cam contour

1818

Aussparung
recess

1919

Nockenwelle
camshaft

2020

Nockenscheibe
cam

2121

Steuerwelle
control shaft

2222

Achse der Nockenwelle Camshaft axis

1919

2323

radiale Aussparung
radial recess

2424

Hüllkreis von Envelope circle of

2020

D8, D11, D19 Außendurchmesser des Grundkreises der verstellbaren Nocken
D8, D11, D19 Outside diameter of the base circle of the adjustable cams

2020

a bis a to

2020

d Nockenkonturen
A, B, C, D Bewegungen von Bauelementen
d cam contours
A, B, C, D Movements of components

Claims

1. Nockenwelle mit radial verstellbarer Nockenkontur für variablen Hub von Hubelementen, vorzugsweise für Ventilsteuerungen von Verbrennungsmotoren, mit einer in einer hohlen Nockenwelle, relativ zu dieser bewegbar, gelagerten Steuerwelle zum Verstellen der Nockenkontur, die mit der radial verlagerbaren Nockenkontur im Eingriff steht, gekennzeichnet durch folgende Merkmale,

- eine mit der Nockenwelle (1) umlaufende, jedoch zu dieser verschwenkbare Steuerwelle (2) ist innerhalb der Nockenwelle (1) vorzugsweise zentrisch gelagert angeordnet,
- diese Steuerwelle (2) weist einen im Inneren der Nockenwelle (1) gelagerten Verstellnocken (3) auf, der mit einer durch eine radiale Aussparung (7) der Nockenwelle (1) nach außen schwenkbaren und dabei radial ausfahrenden Nockenkontur (4) im Eingriff steht.

1.Camshaft with a radially adjustable cam contour for variable stroke of lifting elements, preferably for valve controls of internal combustion engines, with a control shaft mounted in a hollow camshaft, movable relative to this, for adjusting the cam contour, which is in engagement with the radially displaceable cam contour, characterized by following features,

a control shaft ( 2 ) which rotates with the camshaft ( 1 ) but can be pivoted about it is preferably arranged centrally in the camshaft ( 1 ),
- this control shaft (2) has a bearing in the interior of the camshaft (1) adjusting cam (3) provided with a through a radial recess (7) of the camshaft (1) outwardly pivotable and thereby radially outgoing cam contour (4) in engagement stands.

2. Nockenwelle mit radial verstellbarer Nockenkontur für variablen Hub von Hubelementen, vorzugsweise für Ventilsteuerungen von Verbrennungsmotoren, mit einer in einer hohlen Nockenwelle, relativ zu dieser bewegbar, gelagerten Steuerwelle zum Verstellen der Nockenkontur, die mit der radial verlagerbaren Nockenkontur gekoppelt im Eingriff steht, gekennzeichnet durch folgende Merkmale,

- eine drehbare Steuerwelle (9) und eine drehbare Führungswelle (10) sind mit der Nockenwelle (1) umlaufend, innerhalb der Nockenwelle (11) außermittig mit gleichem Abstand von deren Drehachse (12) angeordnet,
- die Steuerwelle (9) und die Führungswelle (10) weisen je Kurbelarme (13, 14) auf, an denen eine radial ausfahrbare Nockenkontur (17) angelenkt ist, die durch eine radiale Aussparung (7) der Nockenwelle (1) nach außen schwenkbar und dabei radial ausfahrbar ist.

2.Camshaft with a radially adjustable cam contour for variable stroke of lifting elements, preferably for valve controls of internal combustion engines, with a control shaft mounted in a hollow camshaft, movable relative to this, for adjusting the cam contour, which is coupled to the radially displaceable cam contour by the following features,

- A rotatable control shaft ( 9 ) and a rotatable guide shaft ( 10 ) are circumferentially arranged with the camshaft ( 1 ), inside the camshaft ( 11 ) eccentrically at the same distance from the axis of rotation ( 12 ) thereof,
- The control shaft ( 9 ) and the guide shaft ( 10 ) each have crank arms ( 13 , 14 ), on which a radially extendable cam contour ( 17 ) is articulated, which can be pivoted outwards through a radial recess ( 7 ) of the camshaft ( 1 ) and can be extended radially.

3. Nockenwelle mit radial ausfahrbarer Nockenkontur für variablen Hub von Hubelementen, vorzugsweise für Ventilsteuerungen von Verbrennungsmotoren, mit einer in einer hohlen Nockenwelle, relativ zu dieser bewegbar, gelagerten Steuerwelle zum Verstellen der Nockenkontur, die mit der ausfahrbaren Nockenkontur gekoppelt im Eingriff steht, gekennzeichnet durch folgende Merkmale,

- dass eine drehbare Steuerwelle (21) mit der Nockenwelle (19) umlaufend innerhalb der Nockenwelle (19) außermittig von deren Drehachse (22) gelagert angeordnet ist,
- die Steuerwelle (21) weist eine Nockenscheibe (20) mit mehreren radial ausschwenkbaren Nockenkonturen (20a bis 20d) auf, die durch eine radiale Aussparung (23) der Nockenwelle (19) radial nach außen schwenkbar sind.

3.Camshaft with a radially extendable cam contour for variable stroke of lifting elements, preferably for valve controls of internal combustion engines, with a control shaft mounted in a hollow camshaft, movable relative to this, for adjusting the cam contour, which is coupled to the extendable cam contour and in engagement, characterized by following features,

- That a rotatable control shaft ( 21 ) with the camshaft ( 19 ) is arranged circumferentially within the camshaft ( 19 ) eccentrically from its axis of rotation ( 22 ),
- The control shaft ( 21 ) has a cam disc ( 20 ) with a plurality of radially pivotable cam contours ( 20 a to 20 d) which can be pivoted radially outwards through a radial recess ( 23 ) in the cam shaft ( 19 ).

4. Nockenwelle nach den Ansprüchen 1 bis 3, dadurch gekennzeichnet, dass ein Außendurchmesser (D8; D11; D19) der hohlen Nockenwelle (1; 11; 19) bzw. ein Teil (8) von dieser im Bereich der verlagerbaren Nockenkontur bzw. Nockenkonturen (4; 17; 20a bis 20d) den Grundkreis des oder der verstellbaren Nocken (4; 17) bzw. der Nockenscheibe (20) bildet.4. Camshaft according to claims 1 to 3, characterized in that an outer diameter (D8; D11; D19) of the hollow camshaft ( 1 ; 11 ; 19 ) or a part ( 8 ) of this in the region of the displaceable cam contour or cam contours ( 4 ; 17 ; 20 a to 20 d) forms the base circle of the adjustable cam (s) ( 4 ; 17 ) or the cam disc ( 20 ).

5. Nockenwelle nach Anspruch 2, dadurch gekennzeichnet, dass der Abstand der Anlenkungsachsen für die Kurbelarme (13, 14) an der einen Nockenkontur (17) gleich dem Abstand von Steuerwelle (9) und Führungswelle (10) ist.5. Camshaft according to claim 2, characterized in that the distance between the articulation axes for the crank arms ( 13 , 14 ) on the one cam contour ( 17 ) is equal to the distance between the control shaft ( 9 ) and guide shaft ( 10 ).

6. Nockenwelle nach Anspruch 3, dadurch gekennzeichnet, dass jeweils mehrere benachbarte, der radial ausschwenkbaren Nockenkonturen (20a bis 20d) durch die radiale Aussparung (7) über den Grundkreis (D19) der verstellbaren Nockenscheibe (20) ausschwenkbar sind.6. Camshaft according to claim 3, characterized in that a plurality of adjacent, the radially pivotable cam contours ( 20 a to 20 d) through the radial recess ( 7 ) over the base circle (D19) of the adjustable cam disc ( 20 ) are pivotable.