DE4439521A1

DE4439521A1 - Variable timing valve gear control

Info

Publication number: DE4439521A1
Application number: DE19944439521
Authority: DE
Inventors: Harald Unger
Original assignee: Bayerische Motoren Werke AG
Current assignee: Bayerische Motoren Werke AG
Priority date: 1994-11-04
Filing date: 1994-11-04
Publication date: 1996-05-09

Abstract

The device consists of a mechanism for changing the running characteristics of the valves of an IC engine. The valves are controlled by cams (4). The camshaft can be rotated in relation to the position of the crankshaft. An eccentric shaft (3) mounts cams (5) that are connected to the valve gear. A mechanical stop prevents the combination of certain camshaft radial positions and certain eccentric shaft positions. The mechanical stop consists of a bar (6), at right-angles to the shaft, that rests on an eccentric of the eccentric shaft, and a needle (11) that is at right-angles to the bar. Together the bar and needle act as a stop. The needle is concentrically mounted with the camshaft and is located by a controller, on the shaft axis (2a), that is part of the camshaft positioning gear.

Description

Die Erfindung betrifft eine Vorrichtung zur Veränderung des Hubverlaufes der von Nocken betätigten Gaswechsel- Ventile einer Brennkraftmaschine, mit einer bezüglich der Kurbelwelle in verschiedene Phasenwinkelstellungen ver drehbaren Nockenwelle, sowie mit einer unterschiedlich positionierbaren Exzenterwelle, an deren Exzentern sich Ventilbetätigungselemente (Schwinghebel), auf die die Nocken einwirken, abstützen. Eine derartige Vorrichtung ist aus der DE 42 23 172 C1 bekannt. Dabei können durch Verdrehen der Nockenwelle unterschiedliche Ventilsteuer zeiten und durch Verdrehen der Exzenterwelle unter schiedliche Ventilerhebungskurven eingestellt werden.The invention relates to a device for change the stroke curve of the gas exchange actuated by cams Valves of an internal combustion engine, with respect to the Ver crankshaft in different phase angle positions rotatable camshaft, as well as with a different positionable eccentric shaft, on the eccentric Valve actuators (rocker arms) on which the Act on the cam and support it. Such a device is known from DE 42 23 172 C1. You can by Twisting the camshaft different valve timing times and by turning the eccentric shaft under different valve lift curves can be set.

Die entsprechenden Verstellvorrichtungen einer derartigen Vorrichtung zur Veränderung des Hubverlaufes, nämlich ein Verstellmotor zum Verdrehen der Exzenterwelle sowie ein weiterer Verstellmotor zum Verdrehen der Nockenwelle wer den üblicherweise elektronisch angesteuert. Grundsätzlich ist diese elektronische Verstellung zwar zuverlässig, je doch könnten sich unter widrigen Umständen Unregelmäßig keiten ergeben, derart, daß eine unzulässige Kombination von Ventilsteuerzeiten und Ventilerhebungskurven einge stellt wird. Unzulässig können gewisse Kombinationen von Ventilerhebungskurven und Ventilsteuerzeiten sein, bei denen die noch geöffneten Gaswechsel-Ventile mit dem sich bereits nahe des oberen Totpunktes befindenden Kolben kollidieren können. Ebenso gilt es zu verhindern, daß die Gaswechsel-Ventile mit ihrem maximal möglichen Hubverlauf bereits dann öffnen, wenn sich der Kolben noch nahe sei nes oberen Totpunktes befindet. Es ist somit klar ver ständlich, daß nicht jede mögliche Ventilsteuerzeit mit jeder möglichen Ventilerhebungskurve kombinierbar ist.The corresponding adjustment devices of such Device for changing the stroke, namely a Adjusting motor for turning the eccentric shaft and a another actuator for turning the camshaft who which is usually electronically controlled. Basically this electronic adjustment is reliable, depending yet, under adverse circumstances, could become irregular results, such that an impermissible combination of valve timing and valve lift curves is posed. Certain combinations of Valve lift curves and valve timing are at which the gas exchange valves still open with the Pistons already near top dead center can collide. It is also important to prevent the Gas exchange valves with their maximum possible stroke open when the piston is still close top dead center. It is therefore clearly ver of course, that not every possible valve timing with any possible valve lift curve can be combined.

Maßnahmen aufzuzeigen, mit Hilfe derer Schäden an der Brennkraftmaschine, die bei unzulässigen Kombinationen von Ventilerhebungskurven und Ventilsteuerzeiten auftre ten würden, sicher und zuverlässig verhindert werden kön nen, ist Aufgabe der vorliegenden Erfindung.Identify measures with the help of which damage to the Internal combustion engine in the case of impermissible combinations of valve lift curves and valve timing would be prevented safely and reliably NEN is the object of the present invention.

Die Lösung dieser Aufgabe ist gekennzeichnet durch eine mechanische Sperrvorrichtung, die die gleichzeitige Ein nahme bestimmter Positionen der Exzenterwelle und be stimmter Phasenwinkelstellungen der Nockenwelle verhin dert. Vorteilhafte Aus- und Weiterbildungen sind Inhalt der Unteransprüche.The solution to this problem is characterized by a mechanical locking device that the simultaneous on take certain positions of the eccentric shaft and be correct phase angle positions of the camshaft different. Advantageous training and further training are included of subclaims.

Erfindungsgemäß ist auf mechanischem Wege dafür Sorge ge tragen, daß bestimmte Positionen der Exzenterwelle und somit bestimmte Ventilerhebungskurven ausgeschlossen sind, wenn sich die Nockenwelle in bestimmten Positionen befindet, d. h. wenn die Gaswechselventile mit bestimmten Steuerzeiten geöffnet bzw. geschlossen werden. In glei cher Weise kann auf mechanischem Wege ausgeschlossen sein, daß bei bestimmten Positionen der Exzenterwelle, d. h. bei Vorliegen bestimmter Ventilerhebungskurven die Nockenwelle in bestimmte Positionen verdreht werden kann, in denen unzulässige Ventilöffnungs- bzw. Ventilschließ zeitpunkte auftreten würden. Die erfindungsgemäß vorgese hene mechanische Sperrvorrichtung ist dabei 100%ig zuver lässig, so daß selbst bei Störungen in der Steuerelektro nik die unzulässigen Stellungs-Kombinationen der Exzen terwelle sowie der Nockenwelle nicht angefahren werden können.According to the invention, this is ensured by mechanical means that certain positions of the eccentric shaft and certain valve lift curves are therefore excluded are when the camshaft is in certain positions is located, d. H. if the gas exchange valves with certain Tax times are opened or closed. In the same can be excluded mechanically be that at certain positions of the eccentric shaft, d. H. the presence of certain valve lift curves Camshaft can be turned into certain positions in which impermissible valve opening or valve closing times would occur. The vorese according to the invention The mechanical locking device is 100% reliable casual, so that even in the event of malfunctions in the control electro nik the inadmissible combinations of positions of the Exzen terwelle and the camshaft are not approached can.

Eine besonders einfache Ausführungsform für eine derar tige mechanische Sperrvorrichtung besteht aus einem sich an der Exzenterwelle bzw. an einem Exzenter dieser Welle abstützenden, quer zur Exzenterwelle verschiebbaren Rie gel, der mit einem quer zum Riegel verschiebbaren Dorn, welcher mit der Nockenwellen-Verdrehvorrichtung in Ver bindung steht, zusammenwirken kann. Bei entsprechenden Stellungen der Exzenterwelle und somit entsprechenden Po sitionen des Riegels kann somit ein Verschieben des Dor nes in gewisse Positionen verhindert werden, wobei der Dorn wiederum verhindert, daß die Nockenwellen-Verdreh vorrichtung gewisse Positionen einnimmt, die einer unzu lässigen Phasenwinkelstellung der Nockenwelle entsprechen würden. Weist der Riegel eine Durchtrittsöffnung für den Dorn auf, so kann in umgekehrter Weise der Dorn den Rie gel festhalten und somit bei gewissen vorgegebenen Posi tionen, die gewissen Positionen der Nockenwellen-Verdreh vorrichtung entsprechen, ein Verschieben des Dornes und somit auch ein gewisses Verdrehen der Exzenterwelle ver hindern.A particularly simple embodiment for a derar term mechanical locking device consists of one on the eccentric shaft or on an eccentric of this shaft supporting belt that can be moved across the eccentric shaft gel with a mandrel that can be moved across the bar, which with the camshaft twisting device in Ver bond stands, can work together. With appropriate Positions of the eccentric shaft and thus the corresponding bottom sitions of the bolt can thus move the Dor nes can be prevented in certain positions, the Dorn in turn prevents the camshaft twisting device takes certain positions that one too correspond to the permissible phase angle position of the camshaft would. If the bolt has a passage opening for the Mandrel on, so the mandrel can reverse the Rie hold gel and thus at certain specified positions tion, the certain positions of the camshaft rotation device, a displacement of the mandrel and thus also a certain twisting of the eccentric shaft prevent.

Näher erläutert wird die Erfindung anhand eines bevorzug ten Ausführungsbeispieles. Dabei zeigtThe invention is explained in more detail with reference to one th embodiment. It shows

Fig. 1 einen Horizontal-Teilschnitt durch einen Brenn kraftmaschinen-Zylinderkopf mit einer erfin dungsgemäßen Vorrichtung, Fig. 1 is a horizontal partial section through an engine cylinder head with a device OF INVENTION to the invention,

Fig. 2 den Schnitt A-A aus Fig. 1, Fig. 2 shows the section AA of Fig. 1,

Fig. 3 einen Schnitt analog Fig. 1, wobei der Riegel sowie der Dorn anders positioniert sind, sowie Fig. 3 shows a section analogous to Fig. 1, wherein the bolt and the mandrel are positioned differently, and

Fig. 4 den Schnitt A-A aus Fig. 3. Fig. 4 shows the section AA in FIG. 3.

Im lediglich bruchstückhaft dargestellten Zylinderkopf 1 einer Brennkraftmaschine sind eine Nockenwelle 2 sowie eine Exzenterwelle 3 jeweils um deren Längsachsen 2a bzw. 3a verdrehbar gelagert. Die Nocken 4 der Nockenwelle 2 wirken auf nicht gezeigte Schwinghebel ein, die sich an den Exzentern 5 der Exzenterwelle abstützen und die je weils ein Gaswechsel-Ventil einer Brennkraftmaschine be tätigen. Bezüglich dieser Betätigung der Gaswechsel-Ven tile unter Einwirkung sowohl der Nockenwelle 2 als auch der Exzenterwelle 3 kann eine Vorrichtung analog der DE 42 23 172 C1 vorgesehen sein. Dabei erstreckt sich sowohl die Nockenwelle 2 als auch die Exzenterwelle 3 über meh rere der in Reihe angeordneten Zylinder der mehrzylindri gen Brennkraftmaschine, wenngleich in den Fig. 1, 3 im wesentlichen nur der an einer Stirnseite des Zylinder kopfes 1 liegende Zylinder dargestellt ist.In the only fragmentarily shown cylinder head 1 of an internal combustion engine, a camshaft 2 and an eccentric shaft 3 are respectively about their longitudinal axes 2a or mounted a rotatable third The cams 4 of the camshaft 2 act on rocking levers, not shown, which are supported on the eccentrics 5 of the eccentric shaft and which each operate a gas exchange valve of an internal combustion engine. Regarding this actuation of the gas exchange valve under the action of both the camshaft 2 and the eccentric shaft 3 , a device analogous to DE 42 23 172 C1 can be provided. Both the camshaft 2 and the eccentric shaft 3 extend over several of the cylinders of the multi-cylinder internal combustion engine arranged in series, although in FIGS. 1, 3 essentially only the cylinder head 1 lying on one end of the cylinder is shown.

Im Endbereich der Exzenterwelle 3 ist ein weiterer Exzen ter 5′ vorgesehen, an dem sich kein Schwinghebel bzw. Ventilbetätigungselement abstützt, sondern ein quer zur Exzenterwelle 3 verschiebbarer Riegel 6. Dieser Riegel 6 ist in einer entsprechenden Hülse 7 geführt und stützt sich mit seinem freien Ende an einem ihn stets gegen den Exzenter 5′ pressenden Federelement 8 ab. Dabei weist der Riegel 6 eine Durchtrittsöffnung 9 auf, die mit einer entsprechenden Durchtrittsöffnung 10 in der Hülse 7 bei einer entsprechenden Position des Riegels 6 zur Deckung kommen kann.In the end region of the eccentric shaft 3 , a further eccentric ter 5 'is provided, on which no rocker arm or valve actuating element is supported, but rather a bolt 6 which can be displaced transversely to the eccentric shaft 3 . This bolt 6 is guided in a corresponding sleeve 7 and is supported with its free end on a spring element 8 which always presses it against the eccentric 5 '. In this case, the bolt 6 has a passage opening 9 which can coincide with a corresponding passage opening 10 in the sleeve 7 at a corresponding position of the bolt 6 .

Konzentrisch innerhalb der Nockenwelle 2 ist ein Dorn 11 in Richtung der Nockenwellen-Längsachse 2a längsver schiebbar geführt. Dieser Dorn 11 weist eine Spitze 11a auf, mit der er in die Durchtrittsöffnung 9 des Riegels 6 eindringen kann, wie dies in Fig. 3 gezeigt ist. Der Dorn 11 kann aber auch die in Fig. 1 dargestellte Position einnehmen, bei der er mit seiner Spitze 11a vollständig innerhalb der Nockenwelle 2 liegt.Concentrically within the camshaft 2, a pin is slidably guided in the direction 11 of the camshaft longitudinal axis 2 a längsver. This mandrel 11 has a tip 11 a with which it can penetrate into the passage opening 9 of the bolt 6 , as shown in FIG. 3. However, the mandrel 11 can also assume the position shown in FIG. 1, in which its tip 11 a lies entirely within the camshaft 2 .

Der Dorn 11 steht mit seinem der Spitze 11a gegenüberlie genden nicht gezeigten Ende mechanisch mit der ebenfalls nicht dargestellten Nockenwellen-Verdrehvorrichtung in Verbindung und stützt sich insbesondere an einem eben falls längs der Nockenwellen-Längsachse 2a verschiebbaren Verstellorgan dieser Nockenwellen-Verdrehvorrichtung ab. Derartige längsverschiebbare Verstellorgane zum Verdrehen von Brennkraftmaschinen-Nockenwellen sind an sich bekannt und können beispielsweise über schräg verzahnte Zahnräder auf die Nockenwelle einwirken, jedoch ist diese detail lierte Gestaltung für die vorliegende Erfindung unerheb lich. Von Bedeutung ist lediglich, daß sich dieser Dorn 11 an einem längsverschiebbaren Verstellorgan einer Nockenwellen-Verdrehvorrichtung abstützt.The mandrel 11 is with its tip 11 a opposite end not shown mechanically in connection with the camshaft rotating device, also not shown, and is supported in particular on a just if along the camshaft longitudinal axis 2 a displaceable adjusting member of this camshaft rotating device. Such longitudinally displaceable adjusting members for rotating internal combustion engine camshafts are known per se and can act on the camshaft, for example, via helical toothed gears, but this detailed configuration is irrelevant for the present invention. It is only important that this mandrel 11 is supported on a longitudinally displaceable adjusting member of a camshaft rotating device.

Befinden sich nun der Dorn 11 sowie der Riegel 6 in den in Fig. 1 gezeigten Positionen, so kann der Dorn 11 nur um die Strecke x gemäß Pfeilrichtung 12 verschoben wer den, danach stößt der Dorn 11 mit seiner Spitze 11a am Riegel 6 an. Bei dieser durch die Position der Exzenter welle 3 bestimmten Position des Riegels 6 ist es somit nur möglich, den Dorn und damit auch das nicht gezeigte Verstellorgan der Nockenwellen-Verdrehvorrichtung ledig lich um die Strecke x gemäß Pfeilrichtung 12 zu verschie ben und somit auch nur eine gewisse Verdrehung der Nockenwelle 3 zu erzielen.Are now the mandrel 11 and the bolt 6 in the positions shown in Fig. 1, the mandrel 11 can only be moved by the distance x according to the direction of arrow 12 who, then the mandrel 11 abuts with its tip 11 a on the bolt 6 . In this position determined by the position of the eccentric shaft 3 of the bolt 6 , it is thus only possible to shift the mandrel and thus also the adjusting element (not shown) of the camshaft rotating device only by the distance x according to arrow direction 12 and thus only one to achieve certain rotation of the camshaft 3 .

Befindet sich demgegenüber der Riegel 6 in der in Fig. 3 gezeigten Position, so kann der Dorn 11 ausgehend von der Position gemäß Fig. 1 wesentlich weiter gemäß Pfeilrich tung 12 bewegt werden und somit auch die Nockenwelle 3 deutlich weiter verdreht werden, als dies bei der in Fig. 1 gezeigten Position des Riegels 6 möglich ist.On the other hand, the bolt 6 is in the position shown in FIG. 3, the mandrel 11 can be moved much further from the position shown in FIG. 1 in the direction of the arrow 12 and thus the camshaft 3 can be rotated significantly further than this the position of the bolt 6 shown in FIG. 1 is possible.

Befindet sich somit der Riegel 6 in der in Fig. 1 gezeig ten Position, so verhindert dieser Riegel 6 wirkungsvoll, daß die Nockenwelle in gewisse Positionen verdreht wird, die bei einer anderen Position des Riegels 6, nämlich bei der gemäß Fig. 3, erreichbar sind.Thus, the bolt 6 is in the position shown in FIG. 1, this bolt 6 effectively prevents the camshaft from being rotated into certain positions which can be reached in a different position of the bolt 6 , namely in that of FIG. 3 are.

Betrachtet man nun Fig. 3, so erkennt man, daß es ausge hend von dieser Position des Dornes 11 nur möglich ist, den Riegel lediglich um die Strecke y gemäß Pfeilrichtung 13 zu verschieben, da nach Zurücklegen der Strecke y der Riegel 6 an der Spitze 11a des Dornes 11 anstößt. Ausge hend von der in Fig. 3 gezeigten Position des Riegels 6 ist es aufgrund der Position des Dornes 11 somit nicht möglich, den Riegel 6 in die in Fig. 1 dargestellte Posi tion zu bewegen. Damit ist es auch nicht möglich, die Ex zenterwelle 3 ausgehend von der in Fig. 3 gezeigten Posi tion soweit zu verdrehen, daß sie die in Fig. 1 gezeigte Position einnimmt. In diesem Fall verhindert der Dorn 11 im Zusammenwirken mit dem Riegel 6 somit wirkungsvoll, daß bei einer bestimmten Phasenwinkelstellung der Nocken welle, die die in Fig. 3 gezeigte Position des Dornes 11 festlegt, die Exzenterwelle 3 in eine bestimmte Position, nämlich beispielsweise in die in Fig. 1 gezeigte Position verdreht wird.Looking now at Fig. 3, it can be seen that starting from this position of the mandrel 11 it is only possible to move the bolt only by the distance y according to the direction of arrow 13 , since after covering the distance y the bolt 6 at the top 11 a of the mandrel 11 abuts. Starting from the position shown in Fig. 3 position of the bolt 6, it is thus not possible due to the position of the mandrel 11, the latch 6 tion to the position shown in Fig. 1 Posi to move. It is also not possible to rotate the Ex center shaft 3 starting from the position shown in FIG. 3 to the extent that it assumes the position shown in FIG. 1. In this case, the mandrel 11 prevents, in cooperation with the bolt 6 so effective that at a specific phase angle position of the cam shaft determines the position of the mandrel 11 shown in Fig. 3, the eccentric shaft 3 in a certain position, namely, for example, in the is rotated in Fig. 1 shown position.

Wie aus der vorangegangenen Beschreibung ersichtlich wird, bildet der Dorn 11 im Zusammenwirken mit dem Riegel 6 somit eine mechanische Sperrvorrichtung, die die gleichzeitige Einnahme bestimmter Positionen der Exzen terwelle 3 sowie der Nockenwelle 2 verhindert. Dabei zei gen die Fig. 2, 4 noch die Verschraubung 14 der Hülse 7 am Zylinderkopf 1 bzw. am Deckel 15 eines Nockenwellen lagers, jedoch kann dies sowie weitere Details insbeson dere konstruktiver Art durchaus abweichend vom gezeigten Ausführungsbeispiel gestaltet sein, ohne den Inhalt der Patentansprüche zu verlassen.As can be seen from the preceding description, the mandrel 11 in cooperation with the bolt 6 thus forms a mechanical locking device that prevents the simultaneous taking of certain positions of the Exzen terwelle 3 and the camshaft 2 . 4 thereby zei gen Fig. 2 nor the screw 14 of the sleeve 7 on the cylinder head 1 or on the cover 15 of a camshaft bearing, however, this and other details in particular constructive nature may well be different designed from the illustrated embodiment without the contents of the To leave claims.

Claims

1. Vorrichtung zur Veränderung des Hubverlaufes der von Nocken (4) betätigten Gaswechsel-Ventile einer Brennkraftmaschine, mit einer bezüglich der Kurbel welle in verschiedene Phasenwinkelstellungen ver drehbaren Nockenwelle (2), sowie mit einer unter schiedlich positionierbaren Exzenterwelle (3), an deren Exzentern (5) sich Ventilbetätigungselemente, auf die die Nocken (4) einwirken, abstützen, gekennzeichnet durch eine mechanische Sperrvorrich tung, die die gleichzeitige Einnahme bestimmter Po sitionen der Exzenterwelle (3) und bestimmter Pha senwinkelstellungen der Nockenwelle (2) verhindert.1. Device for changing the stroke of the cam ( 4 ) actuated gas exchange valves of an internal combustion engine, with a ver with respect to the crank shaft in different phase angle positions rotatable camshaft ( 2 ), and with a differently positioned eccentric shaft ( 3 ), at their eccentrics ( 5 ) Valve actuation elements, on which the cams ( 4 ) act, are supported, characterized by a mechanical locking device which prevents the simultaneous taking of certain positions of the eccentric shaft ( 3 ) and certain phase angle positions of the camshaft ( 2 ).

2. Vorrichtung nach Anspruch 1, dadurch gekennzeichnet, daß die mechanische Sperr vorrichtung aus einem sich an einem Exzenter (5′) der Exzenterwelle (3) abstützenden, quer zur Exzen terwelle verschiebbaren Riegel (6) besteht, der mit einem quer zum Riegel (6) verschiebbaren Dorn (11), der mit der Nockenwellen-Verdrehvorrichtung in Ver bindung steht, zusammenwirken kann. 2. Apparatus according to claim 1, characterized in that the mechanical locking device consists of a on an eccentric ( 5 ') of the eccentric shaft ( 3 ) supporting, transversely to the eccentric terwelle movable bolt ( 6 ), which with a transversely to the bolt ( 6 ) displaceable mandrel ( 11 ), which is connected to the camshaft rotating device in connection, can cooperate.

3. Vorrichtung nach Anspruch 2, dadurch gekennzeichnet, daß der Riegel (6) eine Durchtrittsöffnung (9) für den Dorn (11) aufweist.3. Apparatus according to claim 2, characterized in that the bolt ( 6 ) has a passage opening ( 9 ) for the mandrel ( 11 ).

4. Vorrichtung nach Anspruch 2 oder 3, dadurch gekennzeichnet, daß der Dorn (11) konzen trisch innerhalb der Nockenwelle (2) geführt ist.4. Apparatus according to claim 2 or 3, characterized in that the mandrel ( 11 ) is guided concentrically within the camshaft ( 2 ).

5. Vorrichtung nach einem der vorangegangenen Ansprü che, dadurch gekennzeichnet, daß sich der Dorn (11) letztlich an einem längs der Nockenwellen-Achse (2a) verschiebbaren Verstellorgan der Nockenwellen-Ver drehvorrichtung abstützt.5. Device according to one of the preceding Ansprü surface, characterized in that the mandrel ( 11 ) is ultimately supported on a along the camshaft axis ( 2 a) displaceable adjusting member of the camshaft Ver rotating device.