DE19547101A1

DE19547101A1 - Vorrichtung zum Verstellen einer Nockenwelle einer Brenkraftmaschine

Info

Publication number: DE19547101A1
Application number: DE19547101A
Authority: DE
Inventors: Ferdinand Dipl Ing Grob; Udo Dr Ing Sieber
Original assignee: Robert Bosch GmbH
Current assignee: Robert Bosch GmbH
Priority date: 1995-12-16
Filing date: 1995-12-16
Publication date: 1997-06-19
Also published as: FR2742477A1; JPH09177516A; US5832886A; FR2742477B1

Description

Stand der Technik

Die Erfindung geht von einer Vorrichtung zum Verstellen einer Nockenwelle einer Brennkraftmaschine nach der Gattung des Patentanspruchs 1 aus. Bei einer derartigen aus der internationalen Anmeldung WO 94/16203 bekannten Vorrichtung ist zur variablen Ventilhubverstellung eines Gaswechselventils einer Brennkraftmaschine ein Koppelgetriebe zwischen einer Öffnungsnockenwelle und einer Schließnockenwelle des Ventils vorgesehen, über das die relativen Drehlagen der Nockenwellen zueinander veränderbar sind. Dieses Koppelgetriebe besteht dabei aus vier Ritzeln gleicher Zähnezahl, die paarweise miteinander kämmen. Ein Ritzel ist mit der Öffnungsnockenwelle starr verbunden, ein weiteres mit der Schließnockenwelle. Diese beiden Nockenwellen-Ritzel kämmen dabei nicht direkt miteinander, sondern sind über zwei weitere Ritzel (Umwegritzel) miteinander verbunden. Dazu sind die Ritzel als ein geschlossenes viergliedriges Drehgelenkgetriebe, in Parallelogrammform angeordnet, dessen obere Drehpunkte an der Öffnungs- und Schließnockenwelle vorgesehen sind. In den beiden unteren Drehpunkten sind die beiden Umwegritzel beweglich gelagert. Ein durch die übereinander liegenden Drehpunkte eines Nockenwellenritzels und des mit diesem kämmenden Umwegritzels führendes seitliches Gelenkstück ist als Hebel verlängert nach unten ausgeführt, wobei die Drehbewegung dieses Hebels eine relative Drehlagenveränderung (Phasenänderung) zwischen der Öffnungs- und der Schließnockenwelle bewirkt.

Dabei weist die bekannte Verstellvorrichtung jedoch den Nachteil auf, daß die Verstellung der Phasenänderung der Nockenwellen zueinander begrenzt ist, da das Drehgelenkgetriebe nicht umlauffähig ist. Zudem wird die Bewegung des Hebels durch zwei mechanische Anschläge eingeschränkt. Einen weiteren Nachteil der bekannten Verstellvorrichtung stellt die Notwendigkeit einer Einstellung der gewünschten Phasenlage bereits vor bzw. während der Montage an der Brennkraftmaschine dar, was einen erhöhten Fertigungs- und Montageaufwand zur Folge hat.

Vorteile der Erfindung

Die erfindungsgemäße Vorrichtung zum Verstellen einer Nockenwelle einer Brennkraftmaschine mit den kennzeichnenden Merkmalen des Patentanspruchs 1 hat demgegenüber den Vorteil, daß eine völlig freie Verstellung der Phasenlage der Nockenwellen zueinander über einen Bereich von 360° Drehwinkel möglich ist. Dabei können bei der erfindungsgemäßen Verstellvorrichtung beide Nockenwellen in beliebiger Phasenlage zusammen mit den übrigen Bauteilen des Koppelgetriebes und dem Antrieb montiert werden, was den Fertigungs- und Montageaufwand erheblich reduziert. Die Kalibrierung der Phasenlage der Nockenwellen erfolgt dann bei montiertem Zustand über das Koppelgetriebe. Das Koppelgetriebe ist dazu erfindungsgemäß als Planetengetriebe ausgebildet, dessen Trägerwelle und Getriebewellen mit den Nockenwellen und einer willkürlich betätigbaren Verstellwelle verbunden sind. Die die Verstellung der Phasenlage auslösende Verstellwelle wird dabei in vorteilhafter Weise von einem elektrischen Stellmotor betätigt. Für eine optimale Anpassung der Drehbewegung der Trägerwelle und der Getriebewellen des Planetengetriebes an die Erfordernisse der Nockenwellenbewegung bzw. der Verstellwelle können dabei alternativ Standgetriebe an der Koppelstelle zwischen Planetengetriebe und Nockenwellen bzw. Antriebsmotor vorgesehen werden, die in vorteilhafter Weise z. B. als 2rädrige Übersetzungsgetriebe ausgebildet sind, die gegenüber dem Gehäuse der Brennkraftmaschine ortsfest gelagert sind. Das vorzugsweise wenigstens 3rädrige Planetengetriebe kann dabei alternativ als Plus- oder Minusgetriebe ausgebildet sein und ist so flexibel an die jeweiligen Erfordernisse anzupassen.

Dabei ermöglicht das Vorsehen von zwei Getriebewellen und einer Trägerwelle am Planetengetriebe und zwei Nockenwellen der Brennkraftmaschine und einer Verstellwelle sechs Koppelmöglichkeiten, die sich wie folgt darstellen.

1. Möglichkeit:
1. Nockenwelle + 1. Getriebewelle
	2. Nockenwelle + 2. Getriebewelle
	Verstellwelle + Trägerwelle
2. Möglichkeit:	1. Nockenwelle + 1. Getriebewelle
	2. Nockenwelle + Trägerwelle
	Verstellwelle + 2. Getriebewelle
3. Möglichkeit:	1. Nockenwelle + 2. Getriebewelle
	2. Nockenwelle + 1. Getriebewelle
	Verstellwelle + Trägerwelle
4. Möglichkeit:	1. Nockenwelle + 2. Getriebewelle
	2. Nockenwelle + Trägerwelle
	Verstellwelle + 1. Getriebewelle
5. Möglichkeit:	1. Nockenwelle + Trägerwelle
	2. Nockenwelle + 1. Getriebewelle
	Verstellwelle + 2. Getriebewelle
6. Möglichkeit:	1. Nockenwelle + Trägerwelle
	2. Nockenwelle + 2. Getriebewelle
	Verstellwelle + 1. Getriebewelle

Die erfindungsgemäße Verstellvorrichtung kann dabei wie bei den beschriebenen Ausführungsbeispielen zwischen zwei Nockenwellen vorgesehen sein, es ist aber alternativ auch möglich eine Nockenwelle gegenüber einer Kurbelwelle oder zwei Wellen allgemein mit der erfindungsgemäßen Verstellvorrichtung gegeneinander zu verdrehen. Weitere Vorteile und vorteilhafte Ausgestaltungen des Gegenstandes der Erfindung sind der Beschreibung, der Zeichnung und den Ansprüchen entnehmbar.

Zeichnung

Zwei Ausführungsbeispiele der erfindungsgemäßen Vorrichtung zum Verstellen einer Nockenwelle einer Brennkraftmaschine sind in der Zeichnung dargestellt und werden in der nachfolgenden Beschreibung näher erläutert.

Es zeigen die Fig. 1 eine Prinzipdarstellung der Verstellvorrichtung und die Fig. 2 und 3 zwei Ausführungsbeispiele des als Planetengetriebe ausgebildeten Koppelgetriebes zwischen den Nockenwellen, wobei das in der Fig. 2 dargestellte erste Ausführungsbeispiel ein Minus- Planetengetriebe und das in der Fig. 3 dargestellte zweite Ausführungsbeispiel ein Plus-Planetengetriebe zeigt.

Beschreibung der Ausführungsbeispiele

Bei der in der Fig. 1 gezeigten Prinzipdarstellung der erfindungsgemäßen Vorrichtung zum Verstellen einer Nockenwelle einer Brennkraftmaschine wird eine erste Nockenwelle 1 in nicht näher dargestellter Weise von einer Brennkraftmaschine rotierend angetrieben. Die erste Nockenwelle 1 ist über ein als Planetengetriebe 3 ausgebildetes Koppelgetriebe mit einer zweiten Nockenwelle 5 verbunden und treibt diese so mit motorsynchroner Drehzahl an. Dabei steuert die erste Nockenwelle 1 vorzugsweise die Öffnungshubbewegung einem nicht gezeigten Gaswechselventils der Brennkraftmaschine und die zweite Nockenwelle 5 dessen Schließhubbewegung. Zur Anpassung der Drehbewegung der Nockenwellen 1 und 5 sind zudem alternativ Standgetriebe 7 an den Nockenwellen 1 und 5 vorgesehen, über die im gezeigten Ausführungsbeispiel die erste Nockenwelle 1 mit einer ersten Getriebewelle 9 und die zweite Nockenwelle 5 mit einer zweiten Getriebewelle 11 des Planetengetriebes 3 verbunden sind. Alternativ ist es jedoch auch möglich, die Nockenwellen 1, 5 direkt an die Getriebewellen 9, 11 anzukoppeln. Zur Veränderung der relativen Drehlage der Nockenwellen 1 und 5 zueinander ist eine Trägerwelle 13 des Planetengetriebes 3 mit einer Verstellwelle 15 verbunden, die ihrerseits von einem willkürlich ansteuerbaren elektrischen Antriebsmotor 17 betätigt wird. Dabei ist auch die Trägerwelle 13 über ein Standgetriebe 7 mit der Verstellwelle 15 gekoppelt, über das die Drehbewegung der Verstellwelle 15 an die Erfordernisse des Planetengetriebes 3 angepaßt werden kann.

In der Fig. 2 ist ein erstes Ausführungsbeispiel des Planetengetriebes 3 dargestellt, an dessen Getriebewellen 9, 11 und Trägerwelle 13 die Nockenwellen 1, 5 und die Verstellwelle 15 gemäß Fig. 1 angekoppelt sind. Die Darstellung der Standgetriebe 7 beschränkt sich auf ein einzelnes, zwischen der ersten Nockenwelle 1 und der ersten Getriebewelle 9 vorgesehenes Übersetzungsgetriebe, da die übrigen Standgetriebe 7 analog ausgebildet sind.

Dabei ist das Planetengetriebe 3 im ersten Ausführungsbeispiel als 3rädriges Minusgetriebe ausgebildet, bei dem Antriebsrad und Abtriebsrad gegenläufig umlaufen. Das Planetengetriebe 3 weist dabei ein Trägerrad 21 auf, dessen Trägerwelle 13 drehbar an einem Gehäuse 23 gelagert ist. Das Trägerrad 21 weist an seinem Innendurchmesser eine Innenverzahnung auf, die mit der Außenverzahnung eines innerhalb des Trägerrades 21 umlaufenden Umlaufrades 25 (Planetenrad) kämmt. Die Achse des Umlaufrades 25 ist dabei über einen Steg 29 koaxial zur Trägerwelle 13 am Gehäuse 23 gelagert und bildet im Ausführungsbeispiel die zweite Getriebewelle 11. Im Zentrum des Innenraumes des Trägerrades 21 ist weiterhin ein Sonnenrad 27 gehäusegelagert, das mit seiner Außenverzahnung ebenfalls mit dem Umlaufrad 25 kämmt und dessen zur Trägerwelle koaxiale Achse die erste Getriebewelle 9 bildet. Diese Getriebewelle 9 ist dabei an ihrem dem Planetengetriebe 3 abgewandten Ende mit einem ersten Zahnrad 31 des Standgetriebes 7 verbunden, das im Gehäuse 23 geführt ist. Mit diesem ersten Zahnrad 31 kämmt ein zweites Zahnrad 33, das einen zum ersten Zahnrad 31 verschiedenen Durchmesser aufweist und das seinerseits mit der ersten Nockenwelle 1 verbunden ist. Dabei können die Standgetriebe 7 je nach Erfordernis auch mehrere Zahnräder aufweisen und als Stirnradgetriebe usw. ausgebildet sein.

Die in den Fig. 1 und 2 gezeigte Verstellvorrichtung arbeitet in folgender Weise.

Mit Betrieb der Brennkraftmaschine wird die erste Nockenwelle 1 rotierend angetrieben und überträgt diese Drehbewegung über das Standgetriebe 7 auf die erste Getriebewelle 9 des Planetengetriebes 3. Die erste Getriebewelle 9 treibt das mit ihr fest verbundene Sonnenrad 27 rotierend an, so daß bei feststehendem Trägerrad 21 das Umlaufrad 25 um das Sonnenrad 27 umläuft. Diese Umlaufbewegung des Umlaufrades 25 wird über den Steg 29 in eine Drehbewegung der zweiten Getriebewelle 11 umgewandelt, die in Folge die zweite Nockenwelle 5 rotierend antreibt. Soll eine Verstellung der Phasen- bzw. Drehlage der ersten und zweiten Nockenwelle 1, 5 zueinander erfolgen, wird vom elektrischen Antriebsmotor 17 die Verstellwelle 15 und weiter die Trägerwelle 13 verdreht. Dabei bewirkt das Verdrehen der Trägerwelle 13 ein Drehen des Trägerrades 21, in dessen Folge die Phasenlage des Sonnenrades 27 zum Umlaufrad 25 und weiter der ersten Nockenwelle 1 zur zweiten Nockenwelle 5 verstellt wird.

Dabei kann die Größe und Richtung der Verstellung frei über die Drehrichtung der Verstellwelle bestimmt werden, die von der Bestromung des Verstellmotors 17 abhängig ist. Ergänzend sei darauf hingewiesen, daß die Getriebewellen 9, 11 und die Trägerwelle 13 des Planetengetriebes 3 auch über die vorstehend genannten weiteren fünf Möglichkeiten an die Nockenwellen 1, 5 und die Verstellwelle 15 angekoppelt sein können.

Bei dem in der Fig. 3 gezeigten zweiten Ausführungsbeispiel ist das Planetengetriebe 3 als 4rädriges Plusgetriebe ausgebildet, bei dem An- und Abtriebswelle die gleiche Drehrichtung aufweisen.

Dazu ist das Planetengetriebe 3 nunmehr aus zwei Zahnradpaaren gebildet, von denen jeweils ein erstes Zahnrad ein am Gehäuse 23 gelagertes Sonnenrad bildet, wobei das erste Sonnenrad 41 drehfest auf der ersten Getriebewelle 9 angeordnet ist. Das zweite Sonnenrad 43 ist unabhängig vom ersten Sonnenrad 41 über die zweite Getriebewelle 11 am Gehäuse 23 gelagert wobei die Getriebewellen 9, 11 koaxial zueinander angeordnet sind.

Die Wirkverbindung zwischen dem ersten und zweiten Sonnenrad 41, 43 erfolgt über die jeweils mit diesen kämmenden Umlaufräder, wobei das mit dem ersten Sonnenrad 41 kämmende erste Umlaufrad 45 und das mit dem zweiten Sonnenrad 43 kämmende zweite Umlaufrad 47 über eine gemeinsame Verbindungswelle 49 drehfest miteinander verbunden sind. Diese Verbindungswelle 49 ist über einen Steg 29 drehfest mit der gehäusegelagerten Trägerwelle 13 verbunden, die ihrerseits koaxial zur Getriebewelle 9 angeordnet ist. Die Übertragung der Drehbewegung der ersten Nockenwelle 1 auf die zweite Nockenwelle 5 erfolgt nun über das erste Sonnenrad 41, das erste Umlaufrad 45, das zweite Umlaufrad 47 und das zweite Sonnenrad 43. Soll eine Verstellung der Phasenlage der Nockenwellen 1, 5 zueinander erfolgen, wird über die Verstellwelle 15, die Trägerwelle 13 und den Steg 29 die Lage der über die Verbindungswelle 49 miteinander gekoppelten Umlaufräder 45, 47 gegenüber den Sonnenrädern 41, 43 verändert.

Es ist somit durch die Verwendung eines bekannten Planetengetriebes als Koppelgetriebe zwischen zwei Wellen., insbesondere zwei Nockenwellen in einfacher Weise möglich, deren Phasenlage zueinander über den gesamten Drehbereich von 360° zu verstellen.

Dabei sei zusätzlich zu den beschriebenen Ausführungsbeispielen der Planetengetriebe auf die entsprechende Fachliteratur hingewiesen, aus der eine Vielzahl von weiteren Ausführungsformen von Planetengetrieben und deren Funktion bekannt ist und die ebenso als Koppelgetriebe zwischen zwei Nockenwellen verwendet werden können.

Claims

1. Vorrichtung zum Verstellen einer Nockenwelle einer Brennkraftmaschine mit zwei Wellen, von denen eine erste Welle zumindest mittelbar von der Brennkraftmaschine rotierend angetrieben wird und von denen zumindest eine zweite Welle als Nockenwelle zur Betätigung eines Gaswechselventils der Brennkraftmaschine ausgebildet ist, wobei die Übertragung der Drehbewegung von der angetriebenen ersten Welle auf die getriebene zweite Welle mittels eines Koppelgetriebes erfolgt, über das zudem die relative Drehlage der Wellen zueinander veränderbar ist, dadurch gekennzeichnet, daß das Koppelgetriebe zwischen den Wellen (1, 5) als Planetengetriebe (3) ausgebildet ist, dessen Trägerwelle (13) und Getriebewellen (9, 11) mit der ersten und zweiten Welle (1, 5) der Brennkraftmaschine sowie einer willkürlich betätigbaren Verstellwelle (15) verbunden sind.

2. Vorrichtung nach Anspruch 1, dadurch gekennzeichnet, daß die erste und zweite Welle (1, 5) als Nockenwelle zur Betätigung eines Gaswechselventils der Brennkraftmaschine ausgebildet sind, wobei die erste Nockenwelle (1) die Öffnungshubbewegung des Ventils der Brennkraftmaschine und die zweite, über das Koppelgetriebe (3) mit der ersten verbundene Nockenwelle (5) die Schließhubbewegung des Ventils der Brennkraftmaschine steuert.

3. Vorrichtung nach Anspruch 1, dadurch gekennzeichnet, daß die, die relative Drehlagenverstellung der Nockenwellen (1, 5) zueinander auslösende Verstellwelle (15) von einem elektrischen Stellmotor (17) betätigt wird.

4. Vorrichtung nach Anspruch 1, dadurch gekennzeichnet, daß an den Koppelstellen der Trägerwelle (13) und der Getriebewellen (9, 11) des Planetengetriebes (3) mit den Nockenwellen (1, 5) und der Verstellwelle (15) ortsfeste Standgetriebe (7) vorgesehen sind, die die Drehbewegungen an die jeweiligen Erfordernisse anpassen.

5. Vorrichtung nach Anspruch 4, dadurch gekennzeichnet, daß die Standgetriebe (7) als vorzugsweise 2rädrige Übersetzungsgetriebe ausgebildet sind.

6. Vorrichtung nach Anspruch 1, dadurch gekennzeichnet, daß das Planetengetriebe (3) als Minus-Getriebe ausgebildet ist.

7. Vorrichtung nach Anspruch 6, dadurch gekennzeichnet, daß das Planetengetriebe (3) als 3rädriges Umlaufgetriebe ausgebildet ist.

8. Vorrichtung nach Anspruch 1, dadurch gekennzeichnet, daß das Planetengetriebe (3) als Plus-Getriebe ausgebildet ist.

9. Vorrichtung nach Anspruch 8, dadurch gekennzeichnet, daß das Planetengetriebe als (3) 4rädriges Umlaufgetriebe ausgebildet ist.