EP0843079B1 - Verstell-Nockenwelle, insbesondere für ventilgesteuerte Brennkraftmaschinen - Google Patents

Verstell-Nockenwelle, insbesondere für ventilgesteuerte Brennkraftmaschinen Download PDF

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EP0843079B1
EP0843079B1 EP97117485A EP97117485A EP0843079B1 EP 0843079 B1 EP0843079 B1 EP 0843079B1 EP 97117485 A EP97117485 A EP 97117485A EP 97117485 A EP97117485 A EP 97117485A EP 0843079 B1 EP0843079 B1 EP 0843079B1
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cams
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guide
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    • F—MECHANICAL ENGINEERING; LIGHTING; HEATING; WEAPONS; BLASTING
    • F01—MACHINES OR ENGINES IN GENERAL; ENGINE PLANTS IN GENERAL; STEAM ENGINES
    • F01L—CYCLICALLY OPERATING VALVES FOR MACHINES OR ENGINES
    • F01L1/00—Valve-gear or valve arrangements, e.g. lift-valve gear
    • F01L1/34—Valve-gear or valve arrangements, e.g. lift-valve gear characterised by the provision of means for changing the timing of the valves without changing the duration of opening and without affecting the magnitude of the valve lift
    • F01L1/344—Valve-gear or valve arrangements, e.g. lift-valve gear characterised by the provision of means for changing the timing of the valves without changing the duration of opening and without affecting the magnitude of the valve lift changing the angular relationship between crankshaft and camshaft, e.g. using helicoidal gear
    • F01L1/34413—Valve-gear or valve arrangements, e.g. lift-valve gear characterised by the provision of means for changing the timing of the valves without changing the duration of opening and without affecting the magnitude of the valve lift changing the angular relationship between crankshaft and camshaft, e.g. using helicoidal gear using composite camshafts, e.g. with cams being able to move relative to the camshaft

Definitions

  • the adjacent and between machine-side stops comprises axially positioned cams, which can be displaced via the axially controlled Camshaft are adjustable in angle.
  • the axial movement of the camshaft is over arranged on the outer circumference, in oblique to the camshaft axis or helical in the cams arranged grooves engaging guide elements in Angular movements of the cams implemented.
  • the guide elements and the guide surfaces interacting positively with them are subject to the frequency of the Camshaft adjustments over the entire speed range of an internal combustion engine the original sliding play between the guide element and the groove increasing wear. This wear leads to relative angular movements each cam to the respective guide element, the wear-related Play abruptly when the cam starts up against a valve stroke guide is overcome with disadvantageous acoustic noises.
  • Next means an enlarged one Lead play in a multi-cylinder internal combustion engine the valve control diagrams with a particularly adverse effect on the exhaust gas composition.
  • the object of the invention is to improve such an adjusting camshaft in such a way that that a play-free interaction of the respective guide element is achieved with the groove of the respective cam.
  • the advantage of the invention is that the guide element in the event of wear Groove of the cam can be tracked in a pressure-controlled manner and thus freedom from play is achieved.
  • An embodiment of the invention provides an advantageously simple structure before that the grooves in the cams in cross-section with each other trapezoidal inclined guide surfaces are designed and the engaging guide elements with correspondingly corresponding cross-sections by means of the one Lubricant channel-side end face of the pressure device acting on the guide pin are held non-positively without play.
  • a particularly simple embodiment of this training is achieved that as a pressure device acting on the end face of the bolt in the Camshaft aligned with the bolt and compression spring arranged with preload is provided.
  • this compression spring be supported by the lubricant pressure in the lubrication channel of the camshaft.
  • the guide element bolt exclusively through its lubricant channel end face from the lubricant pressure be loaded in the lubrication channel.
  • the grooves in cross section can also be dovetailed with one another be inclined guide surfaces, which is a relatively large Guide element on the nut-side limit in the face side lubricant pressure prevailing in the closed groove.
  • An adjustment camshaft 1 shown only in sections for one not Valve-controlled internal combustion engine 2 shown in greater detail is in the machine side Bearing blocks 3, 3 'arranged axially displaceable according to the arrows A-A'.
  • On the controlled axially displaceable camshaft 1 are movable and Adjacent cams 4 and 5 for different angles of rotation Gas exchange valves between the bearing block 3 and one fixed in the bearing block 3 ' Bearing bush 6 is provided axially positioned as machine-side stops.
  • the guide element 10 is in one with coaxial lubrication channel 11 having camshaft 1 with clearance and bolts 12 arranged so as to be capable of lifting movement. How especially out 2 with 4 can be seen, there is a bolt 12 and the guide element 10 interspersed throttle channel 13 with the lubrication channel 11 in connection for the purpose of feeding lubricant into the groove 9.
  • the grooves are 9 in the cams 4, 5 and 4 'in cross-section trapezoidal with inclined to each other Guide surfaces 14 and 15 designed and the engaging guide elements 10th with correspondingly corresponding cross-sections by means of the one end face 16 of the guide element bolt 12 acting on the lubrication channel Pressure device (spring and / or lubricant pressure) non-positively without play held.
  • FIG. 2 there is a pressure device acting on the end face 16 of the bolt 12 one in the camshaft 1 in alignment with the bolt 12 and with preload arranged compression spring 17 is provided.
  • This compression spring 17 can Lubricant pressure in the lubrication channel 11 of the camshaft 1 can be supported.
  • FIG. 3 shows an exemplary embodiment in which the guide element bolt 12 via its lubricant channel end face 16 exclusively from the lubricant pressure is acted upon in the lubrication channel 11.
  • Figure 4 finally shows an embodiment in which the respective groove 9 'in the Cam 4 ', 5' in cross-section is designed like a dovetail, the grooves 9 'on the end face by means of adjacent components - bearing block 3, cams 4', 5 'and Bearing bush 6 - are essentially closed.
  • the engaging guide elements 10 'with corresponding cross sections are in each case non-positively backlash-free by means of a lubricant pressure which in the essentially from the area difference of the groove-side boundary 18 of the guide element 10 'and the cam-side end face 16' of the bolt 12 results.
  • the advantage of the invention is that a wear-related guide game between respective guide element 10, 10 'and respective groove 9, 9' by means of mechanical and / or hydraulically effected displacement of the respective guide element 10, 10 'in the respective groove 9, 9' is avoided, the corresponding ones Guide surfaces 14, 15 and 14 ', 15' are inclined to one another such that there is no clamping effect.

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Description

In der deutschen Patentanmeldung P 196 37 416 ist eine Verstell-Nockenwelle dargestellt, die benachbart angeordnete und zwischen maschinenseitigen Anschlägen axial positionerte Nocken umfaßt, die über die axialgesteuert verlagerbare Nockenwelle winkelverstellbar sind. Die Axialbewegung der Nockenwelle wird über am Außenumfang angeordnete, in zur Nockenwellenachse schräg bzw. schraubengangartig in den Nocken angeordnete Nuten eingreifende Führungselemente in Winkelbewegungen der Nocken umgesetzt.
Die Führungselemente und die mit diesen formschlüssig zusammenwirkenden Führungsflächen der Nuten in den Nocken unterliegen entsprechend der Häufigkeit der Nockenwellenverstellungen über den gesamten Drehzahlbereich einer Brennkraftmaschine einem das ursprüngliche Gleitspiel zwischen Führungselement und Nut vergrößemdem Verschleiß. Dieser Verschleiß führt zu relativen Drehwinkelbewegungen jedes Nockens zum jeweiligen Führungselement, wobei das verschleißbedingte Spiel beim Anlauf des Nockens gegen eine Ventil-Hubführung schlagartig überwunden ist mit nachteilig akustischen Geräuschen. Weiter bedeutet ein vergrößertes Führungsspiel bei einer mehrzylindrigen Brennkraftmaschine eine Beeinflussung der Ventil-Steuerdiagramme mit insbesondere nachteiliger Auswirkung auf die Abgaszusammensetzung.
Aufgabe der Erfindung ist es, eine derartige Verstell-Nockenwelle so zu verbessern, daß ein unabhängig vom jeweiligen Verschleiß spielfreies Zusammenwirken des jeweiligen Führungselementes mit der Nut des jeweiligen Nockens erzielt ist.
Diese Aufgabe ist mit dem Patentanspruch 1 gelöst mit den weiteren Mitteln, daß die Führungselemente und Nuten jeweils über miteinander derart korrespondierende Führungsflächen in formschlüssigem Eingriff stehen, daß jeder Eingriff mittels einer zusätzlichen Druck-Einrichtung (Feder und/oder Schmiermitteldruck) kraftschlüssig spielfrei gehalten ist.
Der Vorteil der Erfindung ist, daß bei einem Verschleiß das Führungselement in der Nut des Nockens druckgesteuert nachführbar ist und somit Spielfreiheit erreicht ist.
Bezüglich eines vorteilhaft einfachen Aufbaues sieht eine Ausgestaltung der Erfindung vor, daß die Nuten in den Nocken im Querschnitt trapezförmig mit zueinander geneigten Führungsflächen gestaltet sind und die eingreifenden Führungselemente mit entsprechend korrespondierenden Querschnitten jeweils mittels der auf eine schmierkanalseitige Stirnfläche des Führungs-Bolzens einwirkenden Druck-Einrichtung kraftschlüssig spielfrei gehalten sind.
Eine besonders einfache Ausgestaltung dieser Weiterbildung ist dadurch erreicht, daß als auf die Stimfläche des Bolzens einwirkende Druck-Einrichtung eine in der Nockenwelle mit dem Bolzen fluchtend und mit Vorspannung angeordnete Druckfeder vorgesehen ist. In weiterer vorteilhafter Ausgestaltung kann diese Druckfeder über den Schmiermitteldruck im Schmierkanal der Nockenwelle unterstützt sein.
Gemäß einer anderen Ausgestaltung der Erfindung kann der Führungselement-Bolzen ausschließlich über seine schmierkanalseitige Stirnfläche vom Schmiermitteldruck im Schmierkanal beaufschlagt sein.
Schließlich können die Nuten im Querschnitt auch schwalbenschwanzartig mit zueinander geneigten Führungsflächen gestaltet sein, wobei an dem eine relativ große nutseitige Begrenzung aufweisenden Führungselement ein in der stimseitig geschlossenen Nut herrschender Schmiermitteldruck einwirkt.
Die Erfindung ist anhand von in der Zeichnung dargestellten Ausführungsbeispielen beschrieben. Es zeigt
Figur 1
eine Draufsicht auf eine abschnittsweise dargestellte Nockenwelle mit zwei zwischen maschinenseitigen Anschlägen angeordneten Nocken, wobei ein Nocken teilweise geschnitten die Nut aufzeigt,
Figur 2
einen Querschnitt durch den vorgenannten Nocken gemäß der Linie II-II mit einem federbeaufschlagten Führungselement,
Figur 3
einen Querschnitt durch einen weiteren Nocken mit einem ausschließlich hydraulisch beaufschlagten Führungselement und
Figur 4
einen Nocken mit einer schwalbenschwanzartigen Nut mit entsprechend angepaßtem, hydraulisch beaufschlagtem Führungselement.
Eine lediglich abschnittsweise dargestellte Verstell-Nockenwelle 1 für eine nicht näher dargestellte, ventilgesteuerte Brennkraftmaschine 2 ist in maschinenseitigen Lagerböcken 3, 3' gesteuert axial verlagerbar gemäß den Pfeilen A-A' angeordnet. Auf der gesteuert axial verlagerbaren Nockenwelle 1 sind schiebebeweglich und drehwinkelverstellbar benachbarte Nocken 4 und 5 für unterschiedliche Gaswechselventile zwischen dem Lagerbock 3 und einer im Lagerbock 3' fixierten Lagerbuchse 6 als maschinenseitige Anschläge axial positioniert vorgesehen. Zur Umsetzung der Axialbewegung der Nockenwelle 1 in Winkelbewegungen der Nocken 4 und 5 umfaßt jeder der Nocken 4, 5 in seiner Lagerbohrung 7 eine zur Nockenwellenachse 8 schräg gerichtete bzw. schraubengangartig gestaltete Nut 9 zum formschlüssigen Eingriff eines an der Nockenwelle 1 gesondert angeordneten Führungselementes 10. Das Führungselement 10 ist mit einem in der einen koaxialen Schmierkanal 11 aufweisenden Nockenwelle 1 mit Passungsspiel dreh- und hubbeweglich angeordneten Bolzen 12 fest verbunden. Wie insbesondere aus den Figuren 2 mit 4 ersichtlich, steht ein den Bolzen 12 und das Führungselement 10 durchsetzend angeordneter Drosselkanal 13 mit dem Schmierkanal 11 in Verbindung zwecks Zuführung von Schmiermittel in die Nut 9.
Um das aus dem Verschleiß der häufigen Axialverstellungen der Nockenwelle 1 resultierende Spiel zwischen dem Führungselement 10 und der Nut 9 zu vermeiden, steht das jeweilige Führungselement 10 und die Nut 9 des jeweiligen Nockens 4, 5 jeweils über miteinander derart korrespondieren Führungsflächen 14, 15 in formschlüssigem Eingriff, daß jeder Eingriff mittels einer zusätzlichen Druckeinrichtung (Feder und/oder Schmiermitteldruck) kraftschlüssig spielfrei gehalten ist.
In ersten Ausgestaltungen der Erfindung gemäß den Figuren 2 und 3 sind die Nuten 9 in den Nocken 4, 5 und 4' im Querschnitt trapezförmig mit zueinander geneigten Führungsflächen 14 und 15 gestaltet und die eingreifenden Führungselemente 10 mit entsprechend korrespondierenden Querschnitten jeweils mittels der auf eine schmierkanalseitige Stirnfläche 16 des Führungselement-Bolzens 12 einwirkenden Druck-Einrichtung (Feder undloder Schmiermitteldruck) kraftschlüssig spielfrei gehalten.
Gemäß Figur 2 ist als auf die Stimfläche 16 des Bolzens 12 einwirkende Druckeinrichtung eine in der Nockenwelle 1 mit dem Bolzen 12 fluchtend und mit Vorspannung angeordnete Druckfeder 17 vorgesehen. Diese Druckfeder 17 kann über den Schmiermitteldruck im Schmierkanal 11 der Nockenwelle 1 unterstützt sein.
Figur 3 zeigt ein Ausführungsbeispiel, bei dem der Führungselement-Bolzen 12 über seine schmierkanalseitige Stirnfläche 16 ausschließlich vom Schmiermitteldruck im Schmierkanal 11 beaufschlagt ist.
Figur 4 zeigt schließlich ein Ausführungsbeispiel, bei dem die jeweilige Nut 9' in den Nocken 4', 5' im Querschnitt schwalbenschwanzartig gestaltet ist, wobei die Nuten 9' stirnseitig mittels benachbarter Bauteile - Lagerbock 3, Nocken 4', 5' und Lagerbuchse 6 - im wesentlichen geschlossen sind. Die jeweils eingreifenden Führungselemente 10' mit entsprechend korrespondierenden Querschnitten sind jeweils kraftschlüssig spielfrei gehalten mittels eines Schmiermitteldruckes, der im wesentlichen aus der Flächendifferenz der nutenseitigen Begrenzung 18 des Führungselementes 10' und der nockenseitigen Stirnfläche 16' des Bolzens 12 resultiert.
Der Vorteil der Erfindung ist, daß ein verschleißbedingtes Führungsspiel zwischen jeweiligem Führungselement 10, 10' und jeweiliger Nut 9, 9' mittels mechanisch und/oder hydraulisch bewirkter Verlagerung des jeweiligen Führungselementes 10, 10' in die jeweilige Nut 9, 9' vermieden ist,wobei die korrespondierenden Führungsflächen 14,15 und 14',15' so zueinander geneigt angeordnet sind , daß eine Klemmwirkung nicht gegeben ist.

Claims (6)

  1. Verstell-Nockenwelle, insbesondere für ventilgesteuerte Brennkraftmaschinen,
    mit auf einer gesteuert axial verlagerbaren Nockenwelle (1) relativ zueinander zwischen maschinenseitigen Anschlägen (3, 6) winkelverstellbar gelagert angeordneten Nocken (4, 5; 4', 5'; 4", 5"), die
    in ihren Lagerbohrungen (7) zur Nockenwellenachse (8) schräg gerichtet angeordnete Nuten (9, 9') aufweisen zum jeweils formschlüssigen Eingriff eines gesonderten Führungselementes (10, 10'), das
    mit einem in der einen koaxialen Schmierkanal (11) aufweisenden Nockenwelle (1) mit Passungsspiel beweglich angeordneten Bolzen (12) fest verbunden ist, und
    ein den Bolzen (12) und das Führungselement (10, 10') durchsetzend angeordneter Drosselkanal (13) mit dem Schmierkanal (11) in Verbindung steht, dadurch gekennzeichnet, daß
    die Führungselemente (10, 10') und die Nuten (9, 9') jeweils über miteinander derart korrespondierende Führungsflächen (14, 15; 14', 15') in formschlüssigem Eingriff stehen,
    daß jeder Eingriff mittels einer zusätzlichen Druck-Einrichtung (17) kraftschlüssig spielfrei gehalten ist.
  2. Nockenwelle nach Anspruch 1, dadurch gekennzeichnet,
    daß die Nuten (9) in den Nocken (4, 5; 4', 5') im Querschnitt trapezförmig mit zueinander geneigten Führungsflächen (14, 15) gestaltet sind, und
    die eingreifenden Führungselemente (10) mit entsprechend korrespondierenden Querschnitten jeweils mittels der auf eine schmierkanalseitige Stimfläche (16) des Führungselement-Bolzens (12) einwirkenden Einrichtung (Feder 17 und/oder Schmiermitteldruck) kraftschlüssig spielfrei gehalten sind.
  3. Nockenwelle nach Anspruch 1 und 2, dadurch gekennzeichnet, daß als auf die Stirnfläche (16) des Bolzens (12) einwirkende Druck-Einrichtung eine in der Nockenwelle (1) mit dem Bolzen (12) fluchtend und mit Vorspannung angeordnete Druckfeder (17) vorgesehen ist.
  4. Nockenwelle nach Anspruch 3, dadurch gekennzeichnet, daß die auf den Bolzen (12) einwirkende Druckfeder (17) über den Schmiermitteldruck im Schmierkanal (11) der Nockenwelle (1) unterstützt ist.
  5. Nockenwelle nach Anspruch 1 und 2, dadurch gekennzeichnet, daß der Führungselement-Bolzen (12) über seine schmierkanalseitige Stimfläche (16) ausschließlich vom Schmiermitteldruck im Schmierkanal (11) beaufschlagt ist.
  6. Nockenwelle nach Anspruch 1 und 2, dadurch gekennzeichnet,
    daß die Nuten (9') in den Nocken (4", 5") im Querschnitt schwalbenschwanzartig mit zueinander geneigten Führungsflächen (14', 15') gestaltet sind, wobei
    die Nuten (9') stimseitig mittels benachbarter Bauteile (Nocken 5" oder 4", Lagerbock 3, Lagerbuchse 6) im wesentlichen geschlossen sind, und
    die eingreifenden Führungselemente (10') mit entsprechend korrespondierenden Querschnitten jeweils kraftschlüssig spielfrei gehalten sind mittels eines Schmiermitteldruckes, der
    im wesentlichen aus der Flächendifferenz der nutenseitigen Begrenzung (18) des Führungselementes (10') und der nockenseitigen Stirnfläche (16') des Bolzens (12) resultiert.
EP97117485A 1996-11-13 1997-10-09 Verstell-Nockenwelle, insbesondere für ventilgesteuerte Brennkraftmaschinen Expired - Lifetime EP0843079B1 (de)

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