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EP1771642B1 - Ventiltrieb einer brennkraftmaschine - Google Patents

Ventiltrieb einer brennkraftmaschine Download PDF

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EP1771642B1
EP1771642B1 EP05773272A EP05773272A EP1771642B1 EP 1771642 B1 EP1771642 B1 EP 1771642B1 EP 05773272 A EP05773272 A EP 05773272A EP 05773272 A EP05773272 A EP 05773272A EP 1771642 B1 EP1771642 B1 EP 1771642B1
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EP
European Patent Office
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cam
shaft
engines
internal combustion
cylinder
Prior art date
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Active
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EP05773272A
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English (en)
French (fr)
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Inventor
Harald Elendt
Christof Faria
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IHO Holding GmbH and Co KG
Original Assignee
INA Schaeffler KG
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Publication date
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    • F01L—CYCLICALLY OPERATING VALVES FOR MACHINES OR ENGINES
    • F01L1/00—Valve-gear or valve arrangements, e.g. lift-valve gear
    • F01L1/02—Valve drive
    • F01L1/04—Valve drive by means of cams, camshafts, cam discs, eccentrics or the like
    • F01L1/08—Shape of cams
    • F—MECHANICAL ENGINEERING; LIGHTING; HEATING; WEAPONS; BLASTING
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    • F01L1/00—Valve-gear or valve arrangements, e.g. lift-valve gear
    • F01L1/02—Valve drive
    • F01L1/04—Valve drive by means of cams, camshafts, cam discs, eccentrics or the like
    • F01L1/047—Camshafts
    • F01L1/053—Camshafts overhead type
    • F—MECHANICAL ENGINEERING; LIGHTING; HEATING; WEAPONS; BLASTING
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Definitions

  • Valve gear of an internal combustion engine having at least one camshaft, which has a toothed shaft and at least one cam piece with a plurality of different, juxtaposed cam tracks for different actuation of gas exchange valves by displacement of the cam pieces by means of actuators on the toothed shaft, wherein the toothed shaft a wave profile and the cam pieces a matching Have hub profile.
  • Such a valve train of an internal combustion engine is from the DE 196 11 641 C1 known.
  • the displacement of the cam pieces on the toothed shaft of the camshaft is made possible by a shaft and hub profile. Since reciprocating internal combustion engines in four-stroke design at a set number of cylinders have specified firing sequences, the cams must be arranged at a certain angle to each other on the camshaft. In a four-cylinder reciprocating internal combustion engine with the same Zündabstand the angle of rotation of the intake valve cam to each other and the exhaust valve cam to each other 90 °. It certainly does not pose a problem to produce a corresponding camshaft.
  • the object of the invention is to provide a generic valve train of an internal combustion engine, by which it is possible to use the same gear shaft and the same cam pieces for the intake and / or exhaust valve camshaft of a variety of engine versions, since a uniform profiling low tooling costs and the same Raw parts for the toothed shaft and the cam pieces means.
  • the object of the invention is achieved in that the wedges, notches or teeth of the shaft and hub profile have such a number that with the same toothed shafts and cam pieces, the various cam positions of four-stroke internal combustion engines of any type, such as series, V or W-machines, and any number of cylinders are feasible.
  • wedges, notches or teeth in relation to the shaft and hub profiles is intended to indicate that there are various standard shaft and hub profiles, all of which are to be detected by the present invention. Namely, if one and the same profile and thus one and the same toothed shaft and one and the same basic cam piece are used for the most diverse angles, then it is necessary to be able to realize different angular positions.
  • the four-cylinder in-line engine 90 °, the six-cylinder in-line engine and also the six-cylinder V-engine with the same firing interval angle is 60 °, at a Eight-cylinder V engine 45 ° and a twelve-cylinder V engine 30 °.
  • These angular distances apply to the overall engine, and thus only if there is one intake valve camshaft and one exhaust camshaft or one common, single-shaft camshaft for each engine Exhaust valves is used. If at least one separate camshaft is used per V-series per cylinder bank or cylinder bank, the ignition sequence of the engine is taken into consideration.
  • the number of wedges, notches or teeth if furthermore a five-cylinder inline engine and a ten-cylinder V-engine should also be considered, is preferably 120 or a multiple of 120. This results from the fact that, taking these motors into account, rotational positions of the cam pieces relative to each other of 6 ° and 9 ° must also be possible, so that a common divisor of 3 ° results and thus 120 teeth result, if in turn a single or an inlet - and one exhaust camshaft per engine are used. For own camshafts per cylinder row, the number of teeth may be reduced again.
  • a cylinder of a reciprocating internal combustion engine is shown with 1 of a valve drive.
  • the parts include, inter alia, a toothed shaft 2 with cam pieces 3, two actuator pins 4 and 5, transmission members 6 and 7 between the cam pieces and 8 designated gas exchange valves.
  • the gas exchange valves 8 may be formed as inlet or outlet valves.
  • the toothed shaft 2 has a wave profile 9 at least over sections of its longitudinal extent. Suitable for this are the cam pieces 3 with a hub profile 10, by which they are arranged rotationally but axially displaceable on the toothed shaft 2.
  • the cam pieces 3 have on their outer circumference depending on a bearing 11, which serves to support the cam piece 3 and thus the toothed shaft 2.
  • the bearings 11 bearings 12 are assigned, which are not shown attached to a cylinder head.
  • the cam tracks 13 and 14 have different cam strokes, but have the same base circle diameter. The latter is significant, so that no jamming between the transmission members 6 and 7 and the cam tracks 13 and 14 when moving the cam pieces 3 is formed.
  • the cam tracks 13 and 14 are followed by cylindrical sections 16, with which the cam pieces 3 end.
  • the cylindrical sections 16 each have a displacement groove 17 and 18 for each displacement direction. These are preferably mirror images of each other and arranged so that the slope of the two displacement grooves 17 and 18 is in opposite directions. You have a slope that corresponds to their displacement in one revolution of the cam pieces 3.
  • the sliding grooves 17 and 18 run at the periphery of the cylindrical portions 16 via end pieces 19 at a distance and offset from each other.
  • the actuator pins 4, 5 are mounted in not shown Aktuatorgepuren. They are alternately retracted into the sliding grooves 17 and 18. This causes the axial displacement of the cam pieces.
  • the wave profile 9 is constructed as a tooth hub profile with teeth 20 and recesses 21, is fitted to the corresponding inner teeth and inner recesses of the hub profile formed as a hub profile 10 of the cam pieces 3.
  • a suitable number of teeth of the hub profile and the toothed shaft profile can be the desired angle of rotation of the cam pieces. 3 to realize each other on one and the same toothed shaft 2, so that a number of teeth of 24 or a multiple of 24 a large number of motors with one and the same toothed shaft and the same basic cam pieces can be realized.
  • Adding five-cylinder in-line engines and ten-cylinder V-engines to cover the range of conventional vehicle engines, preferably 120 teeth or multiple per splined shaft profile and hub profile may be beneficial to achieve the desired angular rotation.

Landscapes

  • Engineering & Computer Science (AREA)
  • Mechanical Engineering (AREA)
  • General Engineering & Computer Science (AREA)
  • Valve Device For Special Equipments (AREA)
  • Valve-Gear Or Valve Arrangements (AREA)

Abstract

Ventiltrieb einer Brennkraftmaschine mit zumindest einer Nockenwelle, die eine Zahnwelle (2) und zumindest ein Nockenstück (3) mit mehreren unterschiedlichen nebeneinander angeordneten Nockenbahnen (13, 14) aufweist zur unterschiedlichen Betätigung von Gaswechselventilen (8) durch Verschiebung der Nockenstücke (3) mittels Aktuatoren (Aktuatorstifte 4 und 5) auf der Zahnwelle (2), wobei die Zahnwelle (2) ein Wellenprofil (9) und die Nockenstücke (3) ein dazu passendes Nabenprofil (10) aufweisen und wobei die Keile, Kerben oder Zähne (19) des Wellen- (9) und Nabenprofils (10) eine solche Anzahl aufweisen, dass mit gleichen Zahnwellen (2) und Nockenstücken (3) die verschiedenen Nockenstellungen von Vier-Takt-Brennkraftmaschinen beliebiger Bauart, wie Reihen-, V- oder W-Maschinen, und beliebiger Zylinderzahlen realisierbar sind.

Description

    Gebiet der Erfindung
  • Ventiltrieb einer Brennkraftmaschine mit zumindest einer Nockenwelle, die eine Zahnwelle und zumindest ein Nockenstück mit mehreren unterschiedlichen, nebeneinander angeordneten Nockenbahnen aufweist, zur unterschiedlichen Betätigung von Gaswechselventilen durch Verschiebung der Nockenstücke mittels Aktuatoren auf der Zahnwelle, wobei die Zahnwelle ein Wellenprofil und die Nockenstücke ein dazu passendes Nabenprofil aufweisen.
    • Hintergrund der Erfindung
  • Ein derartiger Ventiltrieb einer Brennkraftmaschine ist aus der DE 196 11 641 C1 bekannt. Die Verschiebung der Nockenstücke auf der Zahnwelle der Nockenwelle wird durch ein Wellen- und Nabenprofil ermöglicht. Da Hubkolbenbrennkraftmaschinen in Vier-Takt-Ausführung bei einer festgelegten Zylinderzahl festgelegte Zündfolgen haben, müssen die Nocken in einem bestimmten Winkel zueinander auf der Nockenwelle angeordnet sein. Bei einer vierzylindrigen Hubkolbenbrennkraftmaschine mit gleichen Zündabstand ist der Verdrehwinkel der Einlassventilnocken zueinander und der Auslassventilnocken zueinander je 90°. Es stellt sicherlich kein Problem dar, eine entsprechende Nockenwelle herzustellen.
    • Aufgabe der Erfindung
  • Aufgabe der Erfindung ist es, einen gattungsgemäßen Ventiltrieb einer Brennkraftmaschine zu schaffen, durch den es möglich ist, die gleiche Zahnwelle und die gleichen Nockenstücke für die Einlass- und/oder Auslassventilnockenwelle einer Vielzahl von Motorversionen zu benutzen, da eine einheitliche Profilierung geringe Werkzeugkosten und gleiche Rohteile für die Zahnwelle und die Nockenstücke bedeutet.
    • Zusammenfassung der Erfindung
  • Die Aufgabe der Erfindung wird dadurch gelöst, dass die Keile, Kerben oder Zähne des Wellen- und Nabenprofils eine solche Anzahl aufweisen, dass mit gleichen Zahnwellen und Nockenstücken die verschiedenen Nockenstellungen von Vier-Takt-Brennkraftmaschinen beliebiger Bauart, wie Reihen-, V- oder W-Maschinen, und beliebige Zylinderzahlen realisierbar sind.
  • Die Nennung von Keilen, Kerben oder Zähnen im Bezug zu den Wellen- und Nabenprofilen soll darauf hinweisen, dass es verschiedenartige genormte Wellen- und Nabenprofile gibt, die alle durch die vorliegende Erfindung erfasst werden sollen. Soll nämlich ein und dasselbe Profil und damit ein und dieselbe Zahnwelle sowie ein und dasselbe Grund-Nockenstück für die verschiedensten Winkel benutzt werden, so ist es erforderlich, unterschiedliche Winkelstellungen realisieren zu können.
  • Bei einem Dreizylinderreihenmotor mit gleichem Zündabstand ist der Abstand sowohl der Einlassnocken zueinander als auch der Auslassnocken zueinander je 120°, beim Vierzylinderreihenmotor 90°, beim Sechszylinder-Reihenmotor und auch beim Sechszylinder-V-Motor mit gleichem Zündabstand beträgt der Winkel 60°, bei einem Achtzylinder-V-Motor 45° und bei einem zwölfzylindrigen V-Motor 30°. Diese Winkelabstände gelten für den Gesamtmotor und folglich nur dann, wenn pro Motor eine Einlassventilnockenwelle und eine Auslassventilnockenwelle oder eine gemeinsame, einheitliche Nockenwelle für Ein- und Auslassventile zu Anwendung kommt. Wird bei V-Maschinen pro Zylinderreihe oder Zylinderbank zumindest eine eigene Nockenwelle benutzt, so geht die Zündfolge des Motors in die Überlegungen mit ein. Wechselt die Zündfolge von einer Zylinderreihe zur anderen, so verdoppelt sich der Winkelabstand der Einlassnocken und Auslassnocken auf der oder den Nockenwellen der einen Zylinderreihe. Da aber weitere Motoren, und zwar Reihen-, V-Maschinen und W-Maschinen mit bis zu zwanzig Zylindern zur Anwendung kommen können, sollen durch die geeignete Anzahl der Keile, Kerben oder Zähne alle Abstände der Nocken untereinander dargestellt werden.
  • In einer bevorzugten Ausgestaltung der Erfindung wird vorgeschlagen, dass die Anzahl der Keile, Kerben oder Zähne bei Reihenmaschinen mit drei, vier und sechs Zylindern und zusätzlich V-Maschinen gleichen Zündabstands mit sechs Zylindern sowie acht und zwölf zylindrige V-Maschinen vorzugsweise 24 oder ein Vielfaches von 24 beträgt. Dies ergibt sich dadurch, dass der Winkelabstand zwischen einem Sechszylinder- und Achtzylindermotor sowie einem Achtzylindermotor und einem Zwölfzylindermotor je 15° zwischen zwei Einlassnocken und zwei Auslassnocken beträgt, so dass bei einer Umdrehung der Nockenwelle von 360° 15°-Abstände realisierbar sein müssen, wodurch sich eine Anzahl von 24 Zähnen ergibt. Werden pro Zylinderreihe, wie bereits oben ausgeführt, eine Nockenwelle oder eine Einlass- und eine Auslassnockenwelle benutzt, so kann sich die Anzahl der Zähne verringern.
  • Weiterhin wird vorgeschlagen, dass die Anzahl der Keile, Kerben oder Zähne dann, wenn weiterhin ein fünfzylindriger Reihenmotor und eine zehnzylindrige V-Maschine mit berücksichtigt werden sollen, vorzugsweise 120 oder ein Vielfaches von 120 beträgt. Dies ergibt sich dadurch, dass unter Berücksichtigung dieser Motoren auch Verdrehstellungen der Nockenstücke zueinander von 6° und 9° Winkel möglich sein müssen, so dass sich ein gemeinsamer Teiler von 3° ergibt und sich damit 120 Zähne ergeben, wenn wiederum eine einzige oder eine Einlass- und eine Auslassnockenwelle pro Motor zur Anwendung kommen. Bei eigenen Nockenwellen pro Zylinderreihe verringert sich ggf. wiederum die Zähnezahl.
  • Es sei ausdrücklich darauf hingewiesen, dass auch verschiedene andere Motoren, wie W-Motoren oder auch V-Motoren bis zwanzig Zylinder, dargestellt werden können und sollen. Dabei kann der Durchmesser der Zahnwelle und der Nockenstücke durchaus in Grenzen gehalten werden, da es zusätzlich zu den angesprochenen Wellenprofilen noch Feinprofile gibt, durch die es möglich ist, bei vertretbaren Durchmessern kleine Verdrehwinkel darzustellen, zumal es bei diesen Motoren üblich ist, mehrere Nockenwellen anzuwenden
    • Kurze Beschreibung der Zeichnungen
  • Zur weiteren Erläuterung der Erfindung wird auf die Zeichnungen verwiesen, in denen ein Ausführungsbeispiel der Erfindung vereinfacht dargestellt ist.
    Es zeigen:
    • Figur 1
    eine Seitenansicht einer Nockenwelle mit Gaswechselventilen und
    Figur 2
    einen Schnitt durch die Nockenwelle mit Zahnwelle und Nockenstück gemäß Linie II-II in Figur 1.
    Detaillierte Beschreibung der Zeichnungen
  • In den Figuren 1 und 2 ist, soweit im Einzelnen dargestellt, mit 1 skizziert ein Zylinder einer Hubkolbenbrennkraftmaschine dargestellt mit Teilen eines Ventiltriebes. Zu den Teilen gehören unter anderem eine Zahnwelle 2 mit Nockenstücken 3, zwei Aktuatorstiften 4 und 5, Übertragungsglieder 6 und 7 zwischen den Nockenstücken und mit 8 bezeichneten Gaswechselventilen. Die Gaswechselventile 8 können als Ein- oder Auslassventile ausgebildet sein.
  • Die Zahnwelle 2 weist zumindest auf Abschnitten ihrer Längserstreckung ein Wellenprofil 9 auf. Passend zu diesem sind die Nockenstücke 3 mit einem Nabenprofil 10 versehen, durch die diese verdrehfest aber axial verschiebbar auf der Zahnwelle 2 angeordnet sind.
  • Die Nockenstücke 3 weisen auf ihrem Außenumfang je eine Lagerstelle 11 auf, die zur Abstützung des Nockenstückes 3 und damit der Zahnwelle 2 dient. Den Lagerstellen 11 sind Lager 12 zugeordnet, die nicht dargestellt, an einem Zylinderkopf befestigt sind. An die Lagerstellen 11 der Nockenstücke 3 schließen sich beidseitig Nockenbahnen 13 und 14 an. Die Nockenbahnen 13 und 14 weisen unterschiedliche Nockenhübe auf, haben aber denselben Grundkreisdurchmesser. Letzteres ist bedeutsam, damit keine Verklemmung zwischen den Übertragungsgliedern 6 und 7 und den Nockenbahnen 13 und 14 beim Verschieben der Nockenstücke 3 entsteht. An die Nockenbahnen 13 und 14 schließen sich zylindrische Abschnitte 16 an, mit denen die Nockenstücke 3 enden. Die zylindrischen Abschnitte 16 weisen für jede Verschieberichtung je eine Verschiebenut 17 und 18 auf. Diese sind zueinander vorzugsweise spiegelbildlich ausgebildet und angeordnet, so dass die Steigung beider Verschiebenuten 17 und 18 gegenläufig ist. Sie besitzen eine Steigung, die bei einer Umdrehung der Nockenstücke 3 deren Verschiebemaß entspricht.
  • Die Verschiebenuten 17 und 18 laufen am Umfang der zylindrischen Abschnitte 16 über Endstücke 19 mit Abstand und versetzt zueinander aus.
  • Die Aktuatorstifte 4, 5 sind in nicht dargestellten Aktuatorgehäusen gelagert. Sie werden wechselweise in die Verschiebenuten 17 und 18 eingefahren. Dadurch wird die axiale Verschiebung der Nockenstücke bewirkt.
  • Wie insbesondere Figur 2 zu entnehmen ist, ist das Wellenprofil 9 als Zahnnabenprofil mit Zähnen 20 und Ausnehmungen 21 aufgebaut, auf das entsprechende Innenzähne und Innenausnehmungen des als Zahnnabenprofil ausgebildeten Nabenprofils 10 der Nockenstücke 3 eingepasst ist.
  • Durch geeignete Anzahl der Zähne des Zahnnabenprofils und des Zahnwellenprofils lassen sich die gewünschten Verdrehwinkel der Nockenstücke 3 zueinander auf ein und derselben Zahnwelle 2 verwirklichen, so dass bei einer Zähnezahl von 24 oder einem Vielfachen von 24 eine große Anzahl von Motoren mit ein und derselben Zahnwelle und denselben Grund-Nockenstücken realisierbar sind. Nimmt man noch fünfzylindrige Reihenmotoren und zehnzylindrige V-Motoren hinzu, um damit die Palette der üblichen Fahrzeugmotoren abzudecken, so können vorzugsweise 120 Zähne oder ein Vielfaches pro Zahnwellenprofil und Zahnnabenprofil günstig sein, um die gewünschte Winkelverdrehung zu erreichen.
    • Bezugszeichenliste
    • 1
    Zylinder
    2
    Zahnwelle
    3
    Nockenstücke
    4
    Aktuatorstift
    5
    Aktuatorstift
    6
    Übertragungsglied
    7
    Übertragungsglied
    8
    Gaswechselventile
    9
    Wellenprofil
    10
    Nabenprofil
    11
    Lagerstelle
    12
    Lager
    13
    Nockenbahn
    14
    Nockenbahn
    16
    zylindrischer Abschnitt
    17
    Verschiebenut
    18
    Verschiebenut
    19
    Endstück
    20
    Zähne
    21
    Ausnehmungen

Claims (2)

  1. Ventiltrieb einer Brennkraftmaschine mit zumindest einer Nockenwelle, die eine Zahnwelle (2) und zumindest ein Nockenstück (3) mit mehreren unterschiedlichen nebeneinander angeordneten Nockenbahnen (13, 14) aufweist zur unterschiedlichen Betätigung von Gaswechselventilen (8) durch Verschiebung der Nockenstücke (3) mittels Aktuatoren (Aktuatorstifte 4 und 5) auf der Zahnwelle (2), wobei die Zahnwelle (2) ein Wellenprofil (9) und die Nockenstücke (3) ein dazu passendes Nabenprofil (10) aufweisen, dadurch gekennzeichnet, dass die Anzahl der Keile, Kerben oder Zähne (19) des Wellen- (9) und Nabenprofils (10) 24 oder ein Vielfaches von 24 beträgt, so dass mit gleichen Zahnwellen (2) und Nockenstücken (3) die verschiedenen Nockenstellungen von Vier-Takt-Brennkraftmaschinen in den Versionen Reihenmaschinen mit drei, vier und sechs Zylindern sowie V6-Maschinen mit gleichem Zündabstand und acht und zwölf zylindrige V-Maschinen realisierbar sind.
  2. Ventiltrieb einer Brennkraftmaschine nach Anspruch 1, dadurch gekennzeichnet, dass die Anzahl der Keile, Kerben oder Zähne (19) bei zusätzlich mit gleichen Zahnwellen (2) und Nockenstücken (3) versehenen fünfzylindrigen Reihenmotoren und zehnzylindrigen V-Maschinen vorzugsweise 120 oder ein Vielfaches von 120 beträgt.
EP05773272A 2004-07-30 2005-07-02 Ventiltrieb einer brennkraftmaschine Active EP1771642B1 (de)

Applications Claiming Priority (2)

Application Number Priority Date Filing Date Title
DE102004037198A DE102004037198A1 (de) 2004-07-30 2004-07-30 Ventiltrieb einer Brennkraftmaschine
PCT/EP2005/007148 WO2006012959A1 (de) 2004-07-30 2005-07-02 Ventiltrieb einer brennkraftmaschine

Publications (2)

Publication Number Publication Date
EP1771642A1 EP1771642A1 (de) 2007-04-11
EP1771642B1 true EP1771642B1 (de) 2008-01-23

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EP05773272A Active EP1771642B1 (de) 2004-07-30 2005-07-02 Ventiltrieb einer brennkraftmaschine

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US (1) US7472671B2 (de)
EP (1) EP1771642B1 (de)
JP (1) JP4537452B2 (de)
CN (1) CN100504042C (de)
DE (2) DE102004037198A1 (de)
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