DE19600535A1 - Toleranzausgleichseinrichtung für eine Vorrichtung zur variablen Steuerung eines Ventils einer Brennkraftmaschine - Google Patents

Description

Die Erfindung betrifft eine Toleranzausgleichseinrichtung für eine Vorrichtung zur variablen Steuerung eines Ventils einer Brennkraftmaschine gemäß dem Oberbegriff des Hauptanspruchs.

Vorrichtungen zur variablen Steuerung eines Ventils einer Brennkraftmaschine, insbesondere zur drosselfreien Laststeuerung eines Ottomotors über die Hubfunktion eines oder mehrerer Einlaßventile pro Zylinder, gewinnen in neuerer Zeit zunehmend an Interesse. Mit solchen Vorrichtungen kann der Verbrauch, insbesondere im Teillastbereich, gesenkt werden, können die Abgasrohemissionen vermindert werden und können das Leistungs- und Drehmomentverhalten der Brennkraftmaschine verbessert werden.

Eine solche Vorrichtung ist aus der PCT-Anmeldung PCT/DE 94/00 786, internationale Veröffentlichungsnummer WO 95102116, bekannt und wird im folgenden kurz anhand der beigefügten Fig. 8 beschrieben, die der genannten Veröffentlichung entnommen ist.

Eine Brennkraftmaschine weist zwei Nockenwellen 2 und 4 auf, deren Nockenkonturen von einer Abtasteinrichtung 6 abgetastet werden, die eine auf einem Zapfen 8 gelagerte Rolle 10 aufweist. Der Zapfen 8 ist an einer Gleitfläche 12 verschiebbar, die an einem Betätigungshebel 14 ausgebildet ist. Die Abtasteinrichtung 6 wird von einer Feder 16 gemäß Fig. 8 ständig nach links gedrängt. Der Betätigungshebel ist bei 18 motorgehäusefest gelagert und weist an seinem von der Lagerung abgewandten Ende ein selbsttätig nachstellendes Spielausgleichselement 20 auf, das am Schaft eines Einlaßventils 22 anliegt, das von einer Schließfeder 24 in Schließstellung gedrängt wird. In Schließstellung des Einlaßventils 22 liegt ein an dem Betätigungshebel 14 ausgebildeter Anschlag 26 an einer Zylinderfläche 28 an, die koaxial zur Nockenwelle 2 an dieser ausgebildet ist.

Eine der beiden Nockenwellen 2 oder 4 wird normalerweise von der Kurbelwelle einer Brennkraftmaschine angetrieben und treibt die andere Nockenwelle über beispielsweise ein Koppelgetriebe an, mittels dessen die Phasenlage zwischen den beiden Nockenwellen 2 und 4 veränderbar ist. Ein solches Koppelgetriebe ist beispielsweise in der DE 42 44 550 A1 beschrieben.

Für die nachfolgende Funktionsbeschreibung sei angenommen, daß die Nockenwelle 2 die Öffnungsnockenwelle ist und die Nockenwelle 4 die Schließnockenwelle ist. In der dargestellten Stellung liegt die Rolle 10 am Erhebungsbereich der Nockenkontur der Nockenwelle 4 und am Grundbereich der Nockenkontur der Nockenwelle 2 an. Wenn sich die Nockenwellen in der eingezeichneten Drehrichtung entgegengesetzt zueinander und mit gleicher Drehgeschwindigkeit weiterdrehen, gelangt der zwischen dem Grundbereich und dem Erhebungsbereich der Nockenwelle 2 ausgebildete Öffnungsbereich in Anlage an die Rolle 10, wodurch der Betätigungshebel 14 in Gegenuhrzeigerrichtung verschwenkt wird und das Einlaßventil 22 geöffnet wird. Der Betätigungshebel 14 behält seine Lage so lange bei, bis der Erhebungsbereich der Nockenwelle 4 endet und deren Übergangsbereich zwischen dem Erhebungsbereich und dem Grundbereich in Anlage an die Rolle 10 kommt. Die Betätigungseinrichtung 6 bewegt sich dann an dem Betätigungshebel 14 nach rechts, wobei dieser in Gegenuhrzeigerrichtung verdreht wird und das Ventil schließt. Durch Veränderung der Phasenlage zwischen den beiden Nockenwellen 2 und 6 kann die Hubfunktion des Einlaßventils innerhalb weiterer Grenzen verändert werden, wodurch eine Drosselklappe entfallen kann.

Mit der beschriebenen Anordnung ist es zwar möglich, mittels des Spielausgleichselement 20 und des Anschlags 26 insbesondere Verschleiß im Sitz des Einlaßventils 22 auszugleichen. Für den Ausgleich von beispielsweise Fertigungstoleranzen oder im Betriebsverlauf auftretendem Verschleiß der weiteren Bauteile ist jedoch keine Einrichtung vorgesehen, so daß die beschriebene Anordnung eine außerordentlich hohe Fertigungspräzision und einen sorgfältigen Einbau erfordert.

Der Erfindung liegt die Aufgabe zugrunde, eine Toleranzausgleichseinrichtung für eine Vorrichtung zur variablen Steuerung eines Ventils einer Brennkraftmaschine zu schaffen, mit der Fertigungstoleranzen und/oder Betriebsverschleiß ausgeglichen werden kann.

Diese Aufgabe wird mit Merkmalen des Hauptanspruches gelöst. Die Nockenwelle, gegen die das Spielausgleichselement den Betätigungshebel bei geschlossenem Ventil zumindest zweitweilig drückt, ist dabei vorteilhafterweise auf der dem Spielausgleichselement gegenüberliegenden Seite des Betätigungshebels angeordnet.

Die Unteransprüche sind auf vorteilhafte Weiterbildungen der erfindungsgemäßen Einrichtung gerichtet.

Die Erfindung wird im folgenden anhand schematischer Zeichnungen beispielsweise und mit weiteren Einzelheiten erläutert.

Es stellen dar:

Fig. 1 eine Stirnansicht einer ersten Ausführungsform der erfindungsgemäßen Einrichtung,

Fig. 2 eine Stirnansicht einer zweiten Ausführungsform der erfindungsgemäßen Einrichtung,

Fig. 3 eine Aufsicht auf Teile der Einrichtung gemäß Fig. 2, teilweise geschnitten,

Fig. 4 eine Stirnansicht einer dritten Ausführungsform der erfindungsgemäßen Einrichtung,

Fig. 5 eine Aufsicht auf die Einrichtung gemäß Fig. 4, teilweise geschnitten,

Fig. 6 eine Stirnansicht einer vierten Ausführungsform der erfindungsgemäßen Einrichtung,

Fig. 7 eine Aufsicht auf den Betätigungshebel gemäß Fig. 6 und

Fig. 8 eine Stirnansicht einer zum Stand der Technik gehörenden Vorrichtung, die bereits erläutert wurde.

In den nachfolgenden Figuren werden für funktionsähnliche Bauteile die gleichen Bezugszeichen verwendet wie in Fig. 8.

Die Ausführungsform gemäß Fig. 1 gleicht weitgehend der bereits erläuterten gemäß Fig. 8. Zusätzlich sichtbar ist ein auf der Gleitfläche 12 des Betätigungshebels 14 gelagerter Gleitstein 30, der den Zapfen zur Lagerung der Rolle 10 trägt. Der Betätigungshebel 14 ist im Gegensatz zur Ausführungsform gemäß dem Stand der Technik nicht unmittelbar am Motorgehäuse gelagert, sondern ist in einem Kugelkopf 32 eines selbsttätig nachstellenden Spielausgleichselement 34 gelagert, das am Motorgehäuse ortsfest angebracht ist. Weiter weist der Betätigungshebel 14 an seiner seiner Lagerung im Kugelkopf 32 gegenüberliegenden Seite einen Anschlag 36 auf, der an einer Zylinderfläche 38 anliegt, die koaxial zur Nockenwelle 4 an dieser ausgebildet ist. Vorteilhafterweise ist die Anordnung so, daß die an der Zylinderfläche 38 anliegende Fläche des Anschlags 36 etwa koaxial zur Lagerachse des Betätigungshebels 14 ist.

Mit der beschriebenen Anordnung wird erreicht, daß Fertigungstoleranzen, insbesondere hinsichtlich der Lage der Nockenwelle 4 relativ zur Lagerung des Betätigungshebels 14 beim Zusammenbau selbsttätig ausgeglichen werden, wodurch sowohl verminderte Anforderungen hinsichtlich der Fertigungsgenauigkeit als auch hinsichtlich des Einbaus erforderlich sind.

In der in Fig. 1 gezeigten Betriebsstellung, in der das Ventil 22 geschlossen ist, befindet sich die Rolle 10 unter Wirkung der Feder 16 in Anlage am Grundkreis der Nockenkontur der Nockenwelle 2. Zwischen der Rolle 10 und der Nockenkontur der Nockenwelle 4 klafft ein Abstand, der sich schließt, sobald der Erhebungsbereich der Nockenwelle 4 in Anlage an die Rolle 10 kommt oder die Rolle 10 von der Nockenkontur der Nockenwelle 2 bei deren Übergang vom Grundkreis zum Erhebungsbereich in Anlage an die Nockenkontur der Nockenwelle 4 geschoben wird. Die Feder 16 sorgt dafür, daß trotz in Schließstellung des Ventils 22 auftretender Klaffung sich die Rolle 10 ständig in definierter Anlage an einer der beiden Nockenkonturen befindet.

Die Ausführungsform gemäß Fig. 2 unterscheidet sich von der der Fig. 1 vor allem durch die Art der Lagerung des Betätigungshebels und der Wirksamkeit des Toleranzausgleichs an der Lagerung:

Gemäß Fig. 2 ist der Betätigungshebel 14 bei 40 an einem Anlenkhebel 42 gelagert, der wiederum bei 44 motorgehäusefest gelagert ist. Im Bereich seiner Lagerung 40 stützt sich der Betätigungshebel 14 an dem selbsttätig nachstellenden Spielausgleichselement 34 ab. Die Nockenwelle 4 ist mit einem Hilfsnocken 46 ausgebildet, dessen Erhebungsbereich sich in demjenigen Teil des Winkelbereiches des Grundkreises der Nockenkontur für die Rolle 10 befindet, in dem diese normalerweise nicht an der Nockenkontur der Nockenwelle 4 anliegt, d. h. eine Klaffung auftritt. Damit im Bereich dieser erwünschten Klaffung das Spielausgleichselement 34 den Betätigungshebel 14 nicht in ungewünschter Weise gemäß Fig. 2 nach oben drückt, stützt sich an dem Betätigungshebel 14 ein Federelement 48 ab, das an dem Hilfsnocken 46 anliegt. Die Kraft des Federelements 48 ist derart auf die Kraft des Spielausgleichselements 34 abgestimmt, daß die Abstützkraft des Federelements 48 nur bei dessen Anlage am Erhebungsbereich des Hilfsnockens 46 größer ist als die Nachstellkraft des Spielausgleichselements 34. Vorteilhafterweise weist das Federelement 48 in an sich bekannter Weise einen inneren Anschlag auf, der eine Hubbegrenzung bildet, so daß es außerhalb des Erhebungsbereiches des Hilfsnocken 46 von dessen Nockenkontur freikommt.

Mit der beschriebenen Anordnung wird erreicht, daß nicht nur Toleranzen zwischen der Lage der Nockenwelle 4 und der Lagerung des Betätigungshebels 14 ausgeglichen werden, sondern auch Toleranzen hinsichtlich der Lage beider Nockenwellen 2 und 4 sowie im Betriebsverlauf auftretender Verschleiß. Bei entsprechend kräftiger Ausbildung des Spielausgleichselements 34 kann auf den Anschlag 26 und das Spielausgleichselement 20 verzichtet werden, da der Betätigungshebel 14 unter Wirkung des Spielausgleichselements 34 auch in Schließstellung des Ventils 22 in Anlage und dessen Schaft bleibt.

Fig. 3 zeigt eine Aufsicht auf den Betätigungshebel 14 der Fig. 2 bei Verwendung für einen Motor mit zwei gemäß Fig. 2 hintereinander angeordneten Einlaßventilen. Dabei ist der Betätigungshebel 14 ebenso wie der Anlenkhebel 42 doppelarmig ausgebildet, wobei die Arme untereinander jeweils starr verbunden sind, aber die Lagerungen 44, 40 und die Feder 16 doppelt vorhanden ist.

Die Ausführungsform gemäß Fig. 4 unterscheidet sich von der Ausführungsform gemäß Fig. 2 dahingehend, daß der Betätigungshebel 14 ähnlich wie bei der Ausführung gemäß Fig. 1 unmittelbar auf dem Kugelkopf 32 des motorgehäusefest angebrachten Spielausgleichselements 34 gelagert ist. Wie bei der Ausführungsform gemäß Fig. 2 stützt sich auch hier der Betätigungshebel 14 über das Federelement 48 in bestimmten Drehphasen am Hilfsnocken 46 ab. Auch bei dieser Ausführungsform könnten das Spielausgleichselement 20 und der Anschlag 26 fehlen, so daß der Betätigungshebel 14 unmittelbar auf dem Schaft des Einlaßventils 22 aufliegt.

Fig. 5 ist eine Aufsicht auf die Anordnung gemäß Fig. 4, die der der Fig. 3 entspricht, wobei aber der zweiarmige Anlenkhebel 42 fehlt. Gestrichelt eingezeichnet sind die beiden Kugelköpfe 32 zur Lagerung des zweiarmigen Betätigungshebels 14.

Fig. 6 zeigt eine weitere Ausführungsform einer erfindungsgemäßen Vorrichtung, die sich von der der Fig. 4 darstellungsmäßig dadurch unterscheidet, daß der Betätigungshebel 14 an seinem linken Ende auf dem Kugelkopf 32 des Spielausgleichselement 34 gelagert ist und an seinem rechten Ende unmittelbar am Schaft des Einlaßventils 22 anliegt, wobei dort kein Spielausgleichselement und Anschlag vorgesehen ist. Weiter dargestellt ist ein Auslaßventil 50, dessen Betätigung jedoch nicht eingezeichnet ist. Vorrichtungen zur variablen Steuerung von Ventilen können nicht nur für Einlaßventile, sondern auch vorteilhafterweise auch für Auslaßventile eingesetzt werden, insbesondere wenn es auf Restgaszusammensetzung oder das Zusammenwirken mit Turboladern ankommt.

Ein wesentlicher Unterschied zwischen der Ausführungsform gemäß Fig. 4 und Fig. 6 liegt in der andersartigen Ausbildung der Abtasteinrichtung 6. Diese Abtasteinrichtung 6 ist als ein Käfig 52 ausgebildet, der mittels eines Lagerzapfens 54 an dem Betätigungshebel 14 gelagert ist und zwei Rollen 56 und 58 trägt, von denen die Rolle 56 die Nockenkontur der Nockenwelle 4 und die Rolle 58 die Nockenkontur der Nockenkontur 2 abtastet. Um die Rolle 56 in ständiger Anlage an die Nockenkontur der Nockenwelle 4 zu drängen, wird der Käfig von der Feder 16 in Uhrzeigerrichtung vorgespannt.

Fig. 7 zeigt eine Aufsicht auf den Betätigungshebel 14 mit der Abtasteinrichtung 6. Deutlich sichtbar, wie der Käfig 52 aus zwei seitlichen Platten 60 und 62 besteht, die innerhalb einer Ausnehmung 64 des Betätigungshebels 14 aufgenommen sind und über den Lagerzapfen 54 an dem Betätigungshebel gelagert sind und die Rollen 56 und 58 tragen.

Ein Vorteil der Abtasteinrichtung 6 gemäß Fig. 6 gegenüber der gleitbar geführten gemäß Fig. 4 liegt darin, daß bezüglich der Betätigung des Betätigungshebels 14 durch die Nockenkonturen und die Rollen ein besseres Übersetzungsverhältnis erzielt wird, und daß die Reibung herabgesetzt ist.

Wie aus Fig. 6 und 4 ersichtlich, ist das Federelement 48 vorteilhafterweise derart angeordnet, daß seine Wirkungslinie etwa mit der Verbindungslinie zwischen der Lagerung des Betätigungshebels 14 und der Achse der Nockenwelle 4 zusammenfällt.

Claims (9)

1. Toleranzausgleichseinrichtung für eine Vorrichtung zur variablen Steuerung eines Ventils einer Brennkraftmaschine, insbesondere zur drosselfreien Laststeuerung eines Ottomotors über die Hubfunktion eines oder mehrerer Einlaßventile pro Zylinder, welche Vorrichtung enthält
eine Abtasteinrichtung (6) zum Abtasten der Nockenkonturen von zwei, sich normalerweise mit gleicher Drehzahl drehenden Nockenwellen (2, 4) in Art eines Addierers,
einen Betätigungshebel (14), an dem die Abtasteinrichtung beweglich geführt ist und der die Bewegung der Abtasteinrichtung zur Betätigung des Ventils (22) auf dieses überträgt, und
eine Einrichtung zum Verändern der Phasenlage zwischen den Nockenwellen zur Veränderung von Hub und/oder Öffnungsdauer des Ventils,
wobei die Nockenkontur der einen der Nockenwellen, die als Öffnungsnockenwelle ausgebildet ist, einen Grundbereich und einen Erhebungsbereich aufweist, die über einen Öffnungsbereich ineinander übergehen, die Nockenkontur der anderen der Nockenwellen, die als Schließnockenwelle ausgebildet ist, einen Erhebungsbereich und einen Grundbereich aufweist, die über einen Schließbereich ineinander übergehen, und wobei die Abtasteinrichtung beim Öffnen des Ventils normalerweise am Öffnungsbereich der Öffnungsnockenwelle und am Erhebungsbereich der Schließnockenwelle anliegt und beim Schließen des Ventils normalerweise am Schließbereich der Schließnockenwelle und Erhebungsbereich der Öffnungsnockenwelle anliegt,
dadurch gekennzeichnet, daß sich die Lagerung des Betätigungshebels (14) über ein selbsttätig nachstellendes Spielausgleichselement (34) an einem ortsfesten Teil der Brennkraftmaschine abstützt, welches Spielausgleichselement den Betätigungshebel bei geschlossenem Ventil (22) zumindest zeitweilig in Anlage an eine (4) der beiden Nockenwellen (2, 4) drängt.

2. Einrichtung nach Anspruch 1, dadurch gekennzeichnet, daß eine zwischen dem Betätigungshebel (14) und der Abtasteinrichtung (6) wirksame Federeinrichtung (16) vorgesehen ist, die die Abtasteinrichtung ständig in Anlage an die Nockenkontur einer der beiden Nockenwellen (2, 4) drängt.

3. Einrichtung nach Anspruch 1 oder 2, dadurch gekennzeichnet, daß der Betätigungshebel (14) unmittelbar auf dem Spielausgleichselement (34) gelagert ist.

4. Einrichtung nach Anspruch 1 oder 2, dadurch gekennzeichnet, daß der Betätigungshebel (14) an einem brennkraftmaschinenfest gelagerten Anlenkhebel (42) gelagert ist, wobei sich die Lagerung (40) zwischen Anlenkhebel und Betätigungshebel über das Spielausgleichselement (34) an der Brennkraftmaschine abstützt.

5. Einrichtung nach einem der Ansprüche 1 bis 4, dadurch gekennzeichnet, daß die Nockenwelle (4) mit einem Hilfsnocken (46) ausgebildet ist, dessen Erhebungsbereich in dem Teil des Winkelbereiches des Grundkreises der Nockenkontur für die Abtasteinrichtung (6) ausgebildet ist, in dem die Abtasteinrichtung normalerweise nicht an beiden Nockenkonturen anliegt, und daß zwischen dem Betätigungshebel (14) und dem Hilfsnocken ein Federelement (48) angeordnet ist, welches den Betätigungshebel am Erhebungsbereich des Hilfsnockens abstützt, wobei die Abstützkraft des Federelements nur bei dessen Anlage am Erhebungsbereich des Hilfsnockens größer ist als die Nachstellkraft des zugehörigen Spielausgleichselements.

6. Einrichtung nach Anspruch 5, dadurch gekennzeichnet, daß das Federelement (48) hubbegrenzt ist und außerhalb des Erhebungsbereiches des Hilfsnockens (46) von dessen Nockenkontur freikommt.

7. Vorrichtung nach einem der Ansprüche 1 bis 4, dadurch gekennzeichnet, daß der Betätigungshebel (14) an seiner vom Spielausgleichselement (34) abgewandten Seite einen Anschlag (36) aufweist, die sich an einer Zylinderfläche (38) der Nockenwelle (4) abstützt, die koaxial zur Achse der Nockenwelle ausgebildet ist.

8. Vorrichtung nach einem der Ansprüche 1 bis 7, dadurch gekennzeichnet, daß die Abtasteinrichtung (6) einen an dem Betätigungshebel (14) angelenkten Käfig (52) enthält, an dem zwei Rollen (50, 58) gelagert sind, von denen je eine die Nockenkontur einer der beiden Nockenwellen (2, 4) abtastet.

9. Vorrichtung nach einem der Ansprüche 1 bis 8, dadurch gekennzeichnet, daß der Betätigungshebel (14) über ein selbsttätig nachstellendes Spielausgleichselement (20) an dem Schaft des Ventils (22) anliegt und an seiner von der Anlage abgewandten Seite einen Anschlag (26) aufweist, der bei geschlossenem Ventil (22) an einer an der anderen Nockenwelle (2) koaxial zu dieser ausgebildeten Zylinderfläche (28) anliegt.