DE10104038A1 - Vorrichtung zum Verdrehen einer Exzenterwelle eines Ventiltriebs - Google Patents

Abstract

Vorrichtung in einer Brennkraftmaschine zum Verdrehen einer Exzenterwelle zur Veränderung des Ventilhubs eines Ventiltriebs mit Hubventilen und Ventilfedern und von Nocken betätigten Kraftübertragungselementen, die sich einerseits an dem Ventilschaftende und andererseits an der Exzenterwelle abstützen und einem Federelement, welches die Krafteinleitung der Vorrichtung zur Verdrehung der Exzenterwelle gegen die Ventilfederkraft unterstützt, wobei die Vorrichtung ein hydraulisch betätigtes Stellglied und das Federelement in dem Stellglied angeordnet ist. Diese Anordnung weist eine kompakte Bauform auf und ist kostengünstig zu fertigen. Akustische Probleme durch Schwingungen der Exzenterwelle sind bei dieser Anordnung minimiert. Durch die Integration der Torsionsfeder zur Unterstützung der Drehmomentübertragung der Vorrichtung in Richtung größerer Ventilhübe, führt zu einer kostengünstigen Fertigung der Exzenterwelle.

Description

Die Erfindung betrifft eine Vorrichtung zum Verdrehen einer Exzenterwelle eines Ventiltriebs gemäss der im Oberbegriff des Patentanspruchs 1 genannten Art.

Eine Vorrichtung zum Verdrehen einer Exzenterwelle eines Ventiltriebs ist bereits aus der EP 0 821 141 A1 bekannt. Bei der in dieser Schrift dargestellten Anordnung verdreht ein als Elektromotor ausgebildetes Stellglied eine Exzenterwelle, um einen hubvariablen Ventiltrieb darzustellen. Die von den Nocken einer Nockenwelle ange­ triebenen Kraftübertragungsglieder - Schwinghebel - liegen einerseits auf den Hub­ ventilen und andererseits auf der Exzenterwelle auf. Durch Verdrehen der Exzen­ terwelle werden die Abstützpunkte der Kraftübertragungsglieder variiert, wodurch der Ventilhub zur Laststeuerung variiert wird. Da die Ventile, wie allgemein bekannt ist, gegen die Kraft einer Ventilschließfeder geöffnet werden, muss auch beim Ver­ drehen der Exzenterwelle im Sinne einer Ventilhubvergrößerung ein Anteil der Ven­ tilschließfederkraft überwunden werden. Um das, von dem Stellglied für diese Ver­ drehung aufzubringende Drehmoment zu verringern, wird eine Torsionsfeder, die in einer Längsbohrung in der Exzenterwelle angeordnet ist, beim Verdrehen dieser im Sinne einer Verkleinerung des Ventilhubs tordiert. Wird der Ventilhub anschließend im Sinne einer Ventilhubvergrößerung verdreht, unterstützt die in der Torsionsfeder gespeicherte Energie die Verdrehung im Sinne einer Ventilhubvergrößerung. Somit ist das von dem Stellmotor aufzubringende Drehmoment zur Ventilhubvergrößerung minimiert.

Problematisch an dieser Anordnung ist das funktions- und fertigungsbedingte Zahn­ flankenspiel im Schneckengetriebe des Stellgliedes. Dieses Zahnflankenspiel kann zu Schwingungen der Exzenterwelle führen, wodurch akustische Probleme auftreten können. Ferner benötigt ein Elektromotor als Stellglied ein relativ großes Bauvolu­ men, was zu Packageproblemen führen kann. Darüber hinaus sind die Herstellkos­ ten für das Stellglied, bestehend aus einem Elektromotor mit einem Schneckenge­ triebe, und eine Exzenterwelle mit einer langen axialen Bohrung zur Aufnahme der Torsionsfeder hoch.

Aufgabe der Erfindung ist es, ein kostengünstiges Steilglied darzustellen, welches eine sehr hohe Positioniergenauigkeit hat und nicht zu Schwingungen neigt.

Diese Aufgabe wird erfindungsgemäß durch die Merkmale im Kennzeichen des Pa­ tentanspruchs 1 gelöst.

Hydraulisch betätigte Stellglieder weisen eine kleine Bauform auf und haben eine sehr geringe Schwingneigung, wodurch akustische Probleme minimiert sind. Das hydraulisch betätigte Stellglied kann beispielsweise durch eine Flügelzellenpumpe dargestellt werden. Derartige Systeme sind mechanisch spielfrei und können mit dem brennkraftmaschineneigenen Hydrauliksystem versorgt werden.

Vorteilhaft darüber hinaus ist die Integration eines Federelementes, wie beispiels­ weise einer Torsions- oder einer Spiralfeder in dem Maschinengehäuse des Stell­ gliedes. Hierdurch wird die Fertigung der Exzenterwelle, durch den Entfall der lan­ gen axialen Bohrung für das Federelement, wesentlich vereinfacht.

Die Adaption des hydraulisch betätigten Stellgliedes kann koaxial zur Exzenterwelle erfolgen, entweder an einem Ende der Exzenterwelle, oder zwischen den Kraftüber­ tragungselementen.

Als weiterer Vorteil bei der Verwendung einer Flügelzellenpumpe ist deren kosten­ günstige Fertigung besonders hervorzuheben.

Vorteilhaft nach Anspruch 2 ist die gleichmäßige Kraftübertragung vom Hydraulik­ medium auf die Exzenterwelle.

Nach Anspruch 3 wird vorteilhaft der Anschlag zur minimalen und maximalen Hub­ begrenzung des Hubventils auf mehrere Flügel verteilt, wodurch sowohl bei der Sys­ temmontage als auch bei Wartungsarbeiten die Endanschläge einfach justierbar sind.

Gemäß Anspruch 5 kann auf einen separaten Hydraulikkreislauf für das hydraulisch betätigte Stellelement verzichtet werden. Vorteilhaft kann die brennkraftmaschinen­ eigene Druckölversorgung zur Verstellung der Exzenterwelle verwendet werden.

Bei der in Anspruch 6 genannten Anordnung ist eine optimale Systemdichtigkeit gegen das Austreten von Druckmedium aus dem Maschinengehäuse gewährleistet.

Die Verwendung einer Torsionsfeder, beispielsweise einer Spiralfeder gemäß An­ spruch 7 gestattet eine kleine Bauform.

Nachfolgend wird ein bevorzugtes Ausführungsbeispiel der Erfindung in zwei Figu­ ren dargestellt. Es zeigen:

Fig. 1: einen Radialschnitt durch ein hydraulisch betätigtes Stellglied und

Fig. 2: einen Axialschnitt durch ein hydraulisch betätigtes Stellglied mit einer an dieses angeordneten Exzenterwelle.

Fig. 1 zeigt einen radialen Schnitt durch ein hydraulisch betätigtes Stellglied 1, hier eine Flügelzellenpumpe, bestehend aus einem ersten Maschinengehäuseteil 2 und einem zweiten Maschinengehäuseteil 3 (ersichtlich in Fig. 2), in welche koaxial eine Nabe 4 angeordnet ist, an deren Außenumfang außerhalb der Maschinengehäuse­ teile 2 und 3 eine Exzenterwelle 5 verdrehgesichert, beispielsweise durch Einpres­ sen befestigt ist. In Ausklinkungen am Außenumfang der Nabe 4 in axialer Richtung sind drei Flügel 6, 6' angeordnet. Jeder Flügel 6, 6' ragt in radialer Richtung in eine Hydraulikkammer 7, 7'. Die Hydraulikkammern 7, 7' werden durch die Flügel 6, 6' jeweils in eine erste Hydraulikzelle 8, 8' und eine zweite Hydraulikzelle 9, 9' unter­ teilt. Die Nabe 4 mit den Flügeln 6, 6' ist gegenüber den Maschinengehäuseteilen 2 und 3 drehbeweglich gelagert. Am Außenumfang sind die Hydraulikkammern 7, 7' von einem dritten Maschinengehäuseteil 23 verschlossen, in dem ein erster Ringka­ nal 10 und ein zweiter Ringkanal 11 eingearbeitet sind. Vom ersten Ringkanal 10 zweigt in jede erste Hydraulikzelle 8, 8' eine Zuleitungsbohrung 12, 12' und vom zweiten Ringkanal 11 in jede zweite Hydraulikzelle 9, 9' jeweils eine Ableitungsboh­ rung 13, 13' für die Zu- und Abfuhr des Hydraulikmediums, hier das Brennkraftma­ schinenschmieröl. Es kann jedoch auch jedes andere Hydraulikmedium verwendet werden. An das dritte Maschinengehäuseteil 23 sind in Richtung der Nabe 4 drei Stege 24, 24' angeformt, die das dritte Maschinengehäuseteil 23 auf dieser zentrie­ ren und die Hydraulikkammern 7, 7' gegeneinander abdichten. In den Stegen ist jeweils eine Montagebohrung 16, 16' eingearbeitet. Der Steg 24 ist stärker als die Stege 24' ausgelegt, er dient als Endanschlag 14 für den Flügel 6. Dieser begrenzt die Drehbewegung von Nabe 4 und Exzenterwelle 5. Darüberhinaus ist in dem Steg 24 ein Verriegelungselement 15 integriert. Das Verriegelungselement 15 ragt radial von dem dritten Maschinengehäuseteil 23 in die Nabe 4 hinein.

Ein hier nicht dargestellter Hydraulikregelkreis regelt die Drehbewegung der Exzen­ terwelle 5 durch entsprechende Mengenregelung des Hydraulikmediums in den Hydraulikzellen 8, 8' und 9, 9'. Je nach gewünschter Exzenterwellenstellung wird entweder die erste Hydraulikzelle 8, 8' oder die zweite Hydraulikzelle 9, 9' mit mehr Hydraulikmedium durch die Ringkanäle 10 und 11 mit den zugehörigen ersten Stichkanälen 12, 12' und den zweiten Stichkanälen 13, 13' beaufschlagt. Aufgrund der Druckdifferenz zwischen den Hydraulikzellen 8, 8' und 9, 9' werden die Flügel 6, 6' in den Hydraulikkammern 7, 7' verschoben und die Nabe 4 mit der ortsfest ver­ bundenen Exzenterwelle 5 verdrehen sich gegenüber den drei Maschinengehäuse­ teilen 2, 3 und 23. Die Maschinengehäuseteile 2, 3 und 23 sind durch die Montage­ bohrungen 16, 16' hydraulikmediumdicht mit hier nicht dargestellten Befestigungs­ elementen miteinander verbunden. Diese können lösbar oder unlösbar sein. Ferner dienen die Montagebohrungen 16, 16' zur Befestigung des hydraulisch betätigten Stellgliedes 1 an einer hier nicht dargestellten Brennkraftmaschine, wodurch die Relativbewegung der Exzenterwelle bezüglich der Brennkraftmaschine gewährleis­ tet ist.

Das Verriegelungselement 15 ist ein weiterer, automatisch zuschaltender Anschlag bei Druckabfall im Hydrauliksystem. Mit ihm wird ein vordefinierter Brennkraftmaschinennotlauf sichergestellt. Bei normalem Betriebsdruck im Hydrauliksystem, wird das Verriegelungselement entgegen einer Federkraft aus einer Bohrung in der Nabe 4 herausgedrückt, fällt der Betriebsdruck unter einen, durch die Federkraft definier­ ten Wert, rastet das Verriegelungselement in der Nabe 4 ein und sichert somit den Brennkraftmaschinennotlauf.

Die in Fig. 1 verwendeten Bezugszeichen gelten auch für Fig. 2, die einen Axial­ schnitt durch das hydraulisch betätigte Stellglied 1, die Exzenterwelle 5 mit einem Exzenter 5' und einen Blick auf die wichtigsten Ventiltriebsbauteile, ein Kraftübertra­ gungselement 17, eine Nockenwelle 18 mit einem Nocken 19 und ein Hubventil 20 zeigt.

In der Nabe 4 ist in einer stirnseitigen, koaxialen Ausklinkung ein Federelement 21, eine Torsionsspiralfeder, angeordnet. Die Federelementenden 22, 22' sind jeweils in Richtung einer Stirnseite der Flügelzellenpumpe 1 in axialer Richtung umgebogen. Das Federelementende 22 wird von dem Maschinengehäuseteil 2 und das Federe­ lementende 22' von der Nabe 4 gehalten. In dem Maschinengehäuseteil 23 sind der erste Ringkanal 10 und der zweite Ringkanal 11 mit den Stichkanälen 13, 13' er­ kennbar. Diese können spanend oder spanlos gefertigt werden.

Auf der Exzenterwelle 5 liegt senkrecht zu deren Längsachse das Kraftübertra­ gungselement 17, ein Schlepphebel, auf. Auch Kipphebel sind einsetzbar. Das an­ dere Ende des Kraftübertragungselementes 17 liegt auf dem Hubventil 20 auf. Pa­ rallel zur Exzenterwelle 5 mit dem Exzenter 5' ist die Nockenwelle 18 mit einem No­ cken 19 angeordnet.

Im Betrieb der Brennkraftmaschine dreht sich die Nockenwelle 18 und der Nocken 19 drückt das Kraftübertragungselement 17 und das Hubventil 20 synchron mit der Brennkraftmaschinendrehzahl in der Hubventilöffnungsrichtung weg. Wird nun ein anderer Ventilhub für das Hubventil 20 gewünscht, wird beispielsweise aus den zweiten Hydraulikzellen 9, 9' durch die Ableitungsbohrungen 13, 13' und den zwei­ ten Ringkanal 11 Hydraulikmedium abgeführt und gleichzeitig in die ersten Hydrau­ likzellen 8, 8' durch die Zuleitungsbohrungen 12, 12' und den ersten Ringkanal 10 Hydraulikmedium zugeführt. Hierdurch drückt der Hydraulikmediumdruck in den ersten Hydraulikzellen 8, 8' die Flügel 6, 6' entgegen der Uhrzeigerrichtung, bis der Flügel 6 auf dem Endanschlag 14 an dem Steg 24 aufliegt. Wie bereits beschrieben, wird diese Drehung direkt auf die Exzenterwelle 5 übertragen. Aufgrund der Exzent­ rizität des Exzenters 5' ändert sich nun die Höhe des Auflagepunkts des Kraftüber­ tragungselements 17 auf der Exzenterwelle 5. Dies führt zu einem veränderten Ü­ bersetzungsverhältnis zwischen Nocken 17 und Hubventil 18 und somit zum ge­ wünschten, veränderten Hubweg.

Wie bereits beschrieben, unterstützt das Federelement 21 mit der in ihr gespeicher­ ten Energie die Verdrehung der Exzenterwelle 5 im Sinne einer Ventilhubvergröße­ rung.

Bezugszeichenliste

1

Hydraulisch betätigtes Stellglied

2

Erste Maschinengehäuseteil

3

Zweite Maschinengehäuseteil

4

Nabe

5

Exzenterwelle

5

' Exzenter

6

,

6

' Flügel

7

,

7

' Hydraulikkammer

8

,

8

' Erste Hydraulikzelle

9

,

9

' Zweite Hydraulikzelle

10

Erster Ringkanal

11

Zweiter Ringkanal

12

,

12

' Zuleitungsbohrung

13

,

13

' Ableitungsbohrung

14

Endanschlag

15

Verriegelungselement

16

,

16

' Montagebohrung

17

Kraftübertragungselement

18

Nockenwelle

19

Nocke

20

Hubventil

21

Federelement

22

,

22

' Federelementende

23

Drittes Maschinengehäuseteil

24

,

24

' Steg

Claims (7)

1. Vorrichtung in einer Brennkraftmaschine zum Verdrehen einer Exzenterwelle zur Veränderung des Ventilhubs eines Ventiltriebs mit Hubventilen und Ventil­ federn und von Nocken betätigten Kraftübertragungselementen die sich ei­ nerseits an dem Ventilschaftende und andererseits an der Exzenterwelle ab­ stützen, und einem Federelement, welches die Krafteinleitung der Vorrichtung zur Verdrehung der Exzenterwelle gegen die Ventilfederkraft unterstützt, dadurch gekennzeichnet, dass die Vorrichtung ein hydraulisch betätigtes Stellglied (1) und das Federelement (21) in dem hydraulisch betätigtem Stellglied (1) angeordnet ist.

2. Vorrichtung nach Anspruch 1, dadurch gekennzeichnet, dass das hydraulisch betätigte Stellglied (1) eine Flügelzellenpumpe mit mindestens einem Flügel, angeordnet in einer Hydrau­ likkammer (7, 7'), ist.

3. Vorrichtung nach den Ansprüchen 1 und 2, dadurch gekennzeichnet, dass zumindest ein Flügel (6, 6') über zumindest einen Endanschlag (14) zur Hubbegrenzung des Hubventils (20) verfügt.

4. Vorrichtung nach zumindest einem der zuvor genannten Ansprüche, dadurch gekennzeichnet, dass mindestens eine Hydraulikkammer (7, 7') von mindestens einer Zuleitungsbohrung (12, 12') und mindestens einer Ablei­ tungsbohrung (13, 13') mit Hydraulikmedium versorgt ist.

5. Vorrichtung nach zumindest einem der zuvor genannten Ansprüche, wobei die Brennkraftmaschine über ein eigenes Hydrauliksystem verfügt, dadurch gekennzeichnet, dass das hydraulisch betätigte Stellglied (1) mit Hydraulikmedium aus dem Hydrauliksystem der Brennkraftmaschine versorg­ bar ist.

6. Vorrichtung nach zumindest einem der zuvor genannten Ansprüche, dadurch gekennzeichnet, dass die Zuleitungsbohrung (12, 12') und die Ablei­ tungsbohrung (13, 13') in ein Maschinengehäuse des Stellgliedes angeordnet sind.

7. Vorrichtung nach Anspruch 1, dadurch gekennzeichnet, dass das Federelement (21) eine Torsionsfeder ist.