DE4110088C1 - Relative shaft bearing position changing mechanism - has annular coupler with inner and outer toothing linked to axially displaceable piston - Google Patents
Relative shaft bearing position changing mechanism - has annular coupler with inner and outer toothing linked to axially displaceable pistonInfo
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Abstract
Description
Die Erfindung bezieht sich auf eine Vorrichtung zur rela tiven Drehlagenänderung einer angetriebenen Welle, insbe sondere einer zur Kurbelwelle einer Brennkraftmaschine verstellbaren Nockenwelle der im Oberbegriff des Patentanspruches 1 beschriebenen Bauart.The invention relates to a device for rela tive change of rotational position of a driven shaft, esp special one to the crankshaft of an internal combustion engine adjustable camshaft which in the preamble of Claim 1 type described.
Eine Vorrichtung dieser Bauart wurde in der EP 02 45 791 A1 vorgeschlagen. Dessen Koppelglied umfaßt zwei axiale Ab schnitte von erheblich unterschiedlichen Durchmessern, wobei der Abschnitt von großem Durchmesser des Koppel gliedes die radseitige Verzahnung trägt und die wellen seitige Verzahnung im Abschnitt von kleinem Durchmesser angeordnet ist. Diese axial versetzte Anordnung von rad- und wellenseitiger Verzahnung am Koppelglied ermöglicht in dem Koppelglied-Abschnitt von großem Durchmesser die Anordnung des Drehgelenkes, das der Verbindung des mit der Nockenwelle drehenden Koppelgliedes mit einer Kuppel stange eines drehfixierten Verstellkolbens der Stellein richtung dient. Die mit der vorbeschriebenen Anordnung verbundene Gestaltung des wellenseitigen Teiles der be kannten Vorrichtung ist aufwendig in Bauraum und Bearbei tung.A device of this type was described in EP 02 45 791 A1 suggested. Its coupling member comprises two axial Ab cuts of significantly different diameters, being the large diameter section of the paddock link carries the gear teeth on the wheel side and the shafts side teeth in the section of small diameter is arranged. This axially offset arrangement of wheel and shaft-side toothing on the coupling link in the large diameter link section Arrangement of the swivel joint that connects the the camshaft rotating coupling member with a dome rod of a rotationally fixed adjusting piston of the actuator direction serves. The one with the above arrangement connected design of the shaft-side part of the be Known device is expensive in construction space and processing tung.
Der Erfindung liegt die Aufgabe zugrunde, die Vorrichtung in ihrem Aufbau bei Beachtung der dynamischen Belastung axial kürzer und einfacher zu gestalten.The invention has for its object the device in their structure while observing the dynamic load axially shorter and easier to design.
Diese Aufgabe wird mit den kennzeichenden Merkmalen des Patentanspruches 1 gelöst.This task is carried out with the characteristic features of Claim 1 solved.
Ein beipielsweise aus der US-42 31 330 für sich bekann tes, ringförmiges Koppelglied ergibt in der erfindungsge mäßen Kombination mit einer drehfest angeordneten Kuppel stange und einem diese mit dem Kolben einer Stelleinrich tung verbindenden, im Kolben angeordneten Drehgelenk den Vorteil eines axial kürzeren und einfacheren Aufbaues des wellenseitigen Teiles der Vorrichtung zur relativen Drehlagenänderung einer angetriebenen Welle. Weiter er möglicht die erfindungsgemäß im Kolben vorgesehene Anord nung des Drehgelenkes eine ausschließlich der dynamischen Belastung entsprechende Dimensionierung aller Verzahnun gen einschließlich des Koppelgliedes der wellenseitigen Verstellanordnung. Der wellenseitige Aufbau der Vor richtung wird somit in der Dimensionierung durch das kol benseitig angeordnete Drehgelenk in vorteilhafter Weise nicht beeinflußt.An example from US-42 31 330 for itself tes, annular coupling member results in the fiction combination with a non-rotatable dome rod and one with the piston of an actuator device connecting, arranged in the piston swivel Advantage of an axially shorter and simpler structure of the shaft-side part of the device for relative Change of rotational position of a driven shaft. Further he possible the arrangement provided in the piston according to the invention the swivel joint is exclusively a dynamic one Load appropriate dimensioning of all gearing gene including the coupling element of the shaft side Adjustment arrangement. The shaft-side structure of the front direction is thus in the dimensioning by the col swivel joint arranged on the outside in an advantageous manner unaffected.
Einer Vereinfachung des Aufbaues dient ferner die mit der Anordnung des Drehgelenkes ausgestaltete lösbare Verbin dung von Kuppelstange/Koppelglied und Stell-Kolben der Stelleinrichtung, wobei die Vereinfachung zusätzlich vor teilhaft unterstützt ist durch die Gestaltung des Drehge lenkes mit einem an der Kuppelstange lösbar angeordneten Scheibenflansch für Gleit- und Wälzeinrichtungen. Diese Ausgestaltung schafft die im Anspruch 2 beschriebene Mög lichkeit, daß die Kuppelstange einen topfförmig gestalte ten Endabschnitt aufweist, der mit Innen- und Außenver zahnungen versehen das Koppelglied bildet. Erzielt ist damit ein bei geringem Materialaufwand steifes, ein stückiges Bauteil aus Koppelglied und Kuppelstange.Simplification of the structure also serves the Arrangement of the swivel designed detachable connector of coupling rod / coupling element and adjusting piston of the Actuating device, with the simplification in addition is partially supported by the design of the Drehge steering with a detachably arranged on the coupling rod Disc flange for sliding and rolling devices. These Design creates the Mög described in claim 2 Lichity that the coupling rod shape a pot has th end portion, which with interior and exterior ver serrations provide the coupling link. Is achieved thus a stiff with low material expenditure piece component made of coupling link and coupling rod.
Schließlich kann das nach Anspruch 1 im Stell-Kolben an geordnete Drehgelenk über seiner aus einer dynamischen Belastung resultierenden Baugröße Anlaß sein, für einen fluidbeaufschlagten Stell-Kolben einen Kolbendurchmesser zu wählen, für den vorteilhafterweise ein relativ geringer Fluiddruck, z. B. bei einer Brennkraftmaschine der Schmieröldruck stromab des Schmierölfilters genügt.Finally, according to claim 1 in the actuating piston orderly swivel over its from a dynamic Load resulting size be reason for one fluid-loaded control pistons have a piston diameter to choose for which advantageously a relative low fluid pressure, e.g. B. in an internal combustion engine the lubricating oil pressure downstream of the lubricating oil filter is sufficient.
In weiterer Ausgestaltung der Erfindung ist im Anspruch 3 eine den wellenseitigen Teil der Vorrichtung hinsichtlich eines einfachen Aufbaues vorteilhaft unterstützende und in der Herstellung günstige Anordnung beschrieben.In a further embodiment of the invention, claim 3 one with respect to the shaft-side part of the device of a simple structure advantageous supporting and described in the manufacture favorable arrangement.
Die Erfindung ist anhand eines in der Zeichnung darge stellten, bevorzugten Ausführungsbeispiels beschrieben. The invention is based on a Darge in the drawing posed, preferred embodiment described.
In einem abschnittsweise gezeigten Zylinderkopf 1 einer nicht näher dargestellten Brennkraftmaschine ist zur Betätigung von Gaswechselventilen eine Nockenwelle 2 gelagert, die in ihrer relativen Drehlage zu einer Kurbelwelle der Brennkraftmaschine mittels einer Vorrich tung 3 verstellbar ist. Diese umfaßt ein an der Nocken welle 2 drehwinkelbeweglich angeordnetes Antriebsrad 4, das über eine Nabe 5 in einer stirnseitigen Ausnehmung 6 der Nockenwelle 2 drehbeweglich zentriert und über einen axial beabstandeten Anschlagring 7 gehalten ist. Die Nabe 5 weist eine lnnenverzahnung 8 auf, die in axialer Richtung eine Außenverzahnung 9 an einem im Durchmesser kleineren, konzentrischen Zapfen 10 der Nockenwelle 2 im wesentlichen überdeckt. Über einen Dorn 11 ist der Zapfen 10 als gesondertes Bauelement mittels Preßsitz mit der Nockenwelle 2 drehfest verbunden. Ferner weisen die rad- und wellenseitigen Verzahnungen 8 und 9 zueinander axial unterschiedliche Richtungen auf, wobei die rad- bzw. nabenseitige Innenverzahnung 8 eine Schräg- oder Schraubverzahnung und die zapfenseitige Außenverzahnung 9 eine Geradverzahnung sein können.In a sectionally shown cylinder head 1 of an internal combustion engine, not shown, a camshaft 2 is mounted for actuating gas exchange valves, which is adjustable in its relative rotational position to a crankshaft of the internal combustion engine by means of a device 3 . This comprises a cam shaft 2 at the angle of rotation movably disposed drive wheel 4 which is rotatably centered on a hub 5 in an end-side recess 6 of the cam shaft 2 and is held via an axially spaced stop ring. 7 The hub 5 has an internal toothing 8 which in the axial direction essentially covers an external toothing 9 on a concentric pin 10 of the camshaft 2 which is smaller in diameter. The pin 10 is connected in a rotationally fixed manner as a separate component by means of a press fit to the camshaft 2 via a mandrel 11 . Furthermore, the wheel and rotation shaft side gears 8 and 9 have mutually axially different directions, wherein the wheel or hub-side internal teeth 8 straight teeth can be oblique or helical gear, and the pin-side outer toothing. 9
Ein ringförmiges Koppelglied 12 an einem topfförmig gestalteten Endabschnitt 13 einer Kuppelstange 14 verbin det über eine Innenverzahnung 15 und eine Außenverzah nung 16 den wellenseitigen Zapfen 10 mit der radseitigen Nabe 5. Eine mittels einer Stelleinrichtung 17 der Vor richtung 3 bewirkte axiale Bewegung der Kuppelstange 14 wird in der wellenseitigen Verstellanordnung 18 in eine Drehwinkelbewegung zwischen Antriebsrad 4 und Nocken welle 2 zur Drehlagenänderung umgesetzt.An annular coupling member 12 on a cup-shaped end portion 13 of a coupling rod 14 connin det via an internal toothing 15 and an external toothing 16 the shaft-side pin 10 with the wheel-side hub 5th An effected by means of an actuator 17 of the device 3 before axial movement of the coupling rod 14 is implemented in the shaft-side adjustment arrangement 18 in an angular movement between the drive wheel 4 and cam shaft 2 to change the rotational position.
Die Stelleinrichtung 17 umfaßt einen in einem Maschinen gehäusedeckel 19 zur Nockenwelle 2 koaxial angeordneten Zylinder 20 mit einem darin durch ein Fluid axial verstellbaren Kolben 21 als Stellelement. Nockenwellen seitig ist der Zylinder 20 durch einen Deckel 22 mit einer zentrischen Durchbrechung 23 abgeschlossen. Mit dem Kolben 21 wirkt die zusammen mit dem Koppelglied 12 ein einziges Bauteil bildende Kuppelstange 14 über ein mehrere Freiheitsgrade umfassendes Drehgelenk 24 zusammen. The actuating device 17 comprises a cylinder 20 arranged coaxially in a machine housing cover 19 for the camshaft 2, with a piston 21 therein as an actuating element which can be axially adjusted by a fluid. On the camshaft side, the cylinder 20 is closed by a cover 22 with a central opening 23 . With the piston 21, the coupling rod 14, which forms a single component together with the coupling member 12, cooperates via a swivel joint 24 which comprises several degrees of freedom.
Das Drehgelenk 24 umfaßt einen mit der Kuppelstange 14 lösbar verbundenen Scheibenflansch 25 und beidseits ange ordnete Wälzkörper 26, die während eines Vorganges zur Drehlagenänderung der Nockenwelle 2 relativ zur antrei benden Kurbelwelle der Brennkraftmaschine eine Dreh-Mit nahme des Kolbens 21 über die Kuppelstange 14 verhindern.The swivel 24 includes a releasably connected to the coupling rod 14 disc flange 25 and on both sides arranged rolling elements 26 , which prevent rotation during a process for changing the rotational position of the camshaft 2 relative to the crankshaft of the internal combustion engine with the piston 21 via the coupling rod 14 .
Weiter dient das Drehgelenk 24 zum Ausgleich von exzen trischen Abweichungen in der Vorrichtung 3 zwischen der gehäuseseitigen Stelleinrichtung 17 und wellenseitigen Verstellanordnung 18.Furthermore, the swivel joint 24 serves to compensate for eccentric deviations in the device 3 between the housing-side adjusting device 17 and the shaft-side adjustment arrangement 18th
Die Vorrichtung 3 dient vorzugsweise der Steuerung der Drehlagenänderung zwischen zwei Positionen und damit einer sog. Schwarz-Weiß-Schaltung. Hierfür kann als Fluid bei dem relativ großflächigen Kolben 21 Schmieröl aus dem Schmiersystem der Brennkraftmaschine dienen, das vorzugsweise unmittelbar nach einem Schmierölfilter mit relativ hohem Druck über ein der Stelleinrichtung 17 am Maschinengehäusedeckel 19 angeordnetes elektromagneti sches 4-2-Wege-Schaltventil (nicht gezeigt) dem jeweili gen Druckraum 27, 28 zugeführt ist. Das Schaltventil ist so ausgeführt, daß bei Druckbeaufschlagung des einen Druckraumes 27 bzw. 28 der jeweils andere 28 bzw. 27 mit einem Ölrücklauf in einen Ölsumpf der Brennkraftmaschine verbunden ist. Im Falle eines Stromausfalls oder bei defektem Elektromagneten wird durch eine im Schaltventil angeordnete Feder die Grundstellung des Hydraulikkolbens erreicht, die in der Zeichnung durch den strichliert dargestellten Kolben 21 in Position I gegeben ist. Bei einer Brennkraftmaschine mit einer gesonderten Auslaß- Nockenwelle und einer gesonderten Einlaß-Nockenwelle 2 ist in Position I zwischen den Nocken eines Zylinders damit die größte Spreizung erreicht. Diese kann sowohl für ein günstiges Start- und Lehrlauf-Verhalten als auch zur Erzielung der maximalen Leistung der Brennkraftmaschine vorteilhaft sein. Ist jedoch die Position I mit maximaler Spreizung bei einem Start durch hydraulische Verstellung nicht gegeben, so wird diese der Grundstellung entsprechende Position I durch das erforderliche Nockenwellenantriebsmoment über die Schrägverzahnung in der Verstellanordnung 18 erreicht.The device 3 is preferably used to control the change in rotational position between two positions and thus a so-called black and white circuit. Lubricating oil from the lubrication system of the internal combustion engine can serve as fluid for the relatively large-area piston 21 , which preferably immediately after a lubricating oil filter with a relatively high pressure via an electromagnetic 4-2-way switching valve (not shown) arranged on the actuating device 17 on the machine housing cover 19 the respective pressure chamber 27 , 28 is supplied. The switching valve is designed so that when one of the pressure chambers 27 or 28 is pressurized, the other 28 or 27 is connected to an oil return in an oil sump of the internal combustion engine. In the event of a power failure or in the event of a defective electromagnet, the spring piston, which is arranged in the switching valve, reaches the basic position of the hydraulic piston, which is shown in position I in the drawing by the piston 21 shown in broken lines. In an internal combustion engine with a separate exhaust camshaft and a separate intake camshaft 2 , the greatest spread is thus achieved in position I between the cams of a cylinder. This can be advantageous both for a favorable start and training run behavior and for achieving the maximum power of the internal combustion engine. However, if position I with maximum spread is not given at a start by hydraulic adjustment, this position I corresponding to the basic position is achieved by the required camshaft drive torque via the helical toothing in the adjustment arrangement 18 .
Mit der Verlagerung des Kolbens 21 aus Position I in Position II wird die Spreizung zwischen Nocken der Einlaß-Nockenwelle 2 und der nicht gezeigten Auslaß- Nockenwelle reduziert. Die Reduzierung der Nocken- Spreizung dient der Verbesserung des Drehmomentverlaufes in einem mittleren Drehzahlbereich der Brennkraft maschine.With the displacement of the piston 21 from position I to position II, the spread between cams of the intake camshaft 2 and the exhaust camshaft, not shown, is reduced. The reduction of the cam spread serves to improve the torque curve in a medium speed range of the internal combustion engine.
Claims (4)
- - wobei die Welle (Nockenwelle 2) in einem Endbereich ein drehbeweglich zentriertes Antriebsrad (4) trägt, das
- - über rad- und wellenseitige Verzahnungen (8, 9) mit axial unterschiedlichen Richtungen unter Zwischen schaltung eines mit diesen Verzahnungen schiebebe weglich verbundenen Koppelgliedes (12) drehwinkel verstellbar ist, und
- - das axial verstellbare Koppelglied über eine Kuppelstange (14) unter Zwischenschaltung eines mehrere Freiheitsgrade aufweisenden Drehgelenkes (24) mit einer maschinengehäuseseitig angeordneten Stelleinrichtung (17) in Verbindung steht,
- - Wherein the shaft (camshaft 2) carries a rotatably centered drive wheel ( 4 ) in an end region, the
- - On the wheel and shaft-side gears ( 8 , 9 ) with axially different directions with the interposition of a coupling member ( 12 ) movably connected with these gears schiebebe coupling angle is adjustable, and
- - The axially adjustable coupling member is connected via a coupling rod ( 14 ) with the interposition of a swivel joint ( 24 ) having several degrees of freedom with an adjusting device ( 17 ) arranged on the machine housing side,
- - daß ein ringförmiges, Innen- und Außenverzahnungen (15, 16) zum Eingriff in sich axial überdeckenden rad- und weilenseitigen Verzahnungen (8, 9) aufwei sendes Koppelglied (12) über eine drehfest verbun dene Kuppelstange (14) mit einem axial verlagerba ren Kolben (21) der Stelleinrichtung (17) über das Drehgelenk (24) in lösbarer Verbindung steht, wobei- That an annular, internal and external gears ( 15 , 16 ) for engagement in axially overlapping wheel and side gears ( 8 , 9 ) having coupling element ( 12 ) via a non-rotatably connected coupling rod ( 14 ) with an axially displaceable ren Piston ( 21 ) of the actuating device ( 17 ) is releasably connected via the swivel joint ( 24 )
- - die mit dem Koppelglied (12) ein Bauteil bildende Kuppelstange (14) stellelementseitig einen lösbar angeordneten Scheibenflansch (25) trägt für beid seitig angeordnete Gleit- oder Wälzeinrichtungen (26) des im Kolben (21) angeordneten Drehgelenkes (24).- With the coupling member ( 12 ) forming a component coupling rod ( 14 ) on the control element side a detachably arranged disc flange ( 25 ) carries for both-sided sliding or rolling devices ( 26 ) of the piston ( 21 ) arranged swivel joint ( 24 ).
- - daß das Antriebsrad (4) über den Außenumfang einer die radseitige Verzahnung (8) aufweisenden Nabel (5) in einer stirnseitigen Ausnehmung (6) der Welle (Nockenwelle 2) drehbeweglich zentriert ist, und
- - daß ein die wellenseitige Verzahnung (9) aufweisen der Zapfen (10) als gesondertes Bauteil über einen Dorn (11) mit Preßsitz in der Welle (Nockenwelle 2) konzentrisch zur Ausnehmung (6) drehfest zentriert ist.
- - That the drive wheel ( 4 ) over the outer circumference of the wheel-side toothing ( 8 ) having navel ( 5 ) in a front recess ( 6 ) of the shaft (camshaft 2 ) is rotatably centered, and
- - That the shaft-side toothing ( 9 ) have the pin ( 10 ) as a separate component via a mandrel ( 11 ) with a press fit in the shaft (camshaft 2 ) concentrically rotatably centered on the recess ( 6 ).
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