DE10149110A1 - Verfahren und Vorrichtung zum Messen der Drehwinkelzuordnung - Google Patents

Abstract

Die vorliegende Erfindung betrifft ein Verfahren zum Messen der Drehwinkelzuordnung zumindest einer oben liegenden Nockenwelle im Zylinderkopf einer Hubkolben-Brennkraftmaschine relativ zur Kurbelwelle, wobei zur Erzielung einer präzisen und einfachen Messung, ausgehend von einer OT-Stellung der Kurbelwelle, über eine auf den Zylinderkopf absetzbare Messeinrichtung mit einem an einem Nocken anlaufenden Hubelement ein definierter Hub zu einem gemessenen Verdrehwinkel der Kurbelwelle in Relation gesetzt wird. Eine Vorrichtung zur Durchführung des Verfahrens besteht aus einer Messeinrichtung mit einem Sockelteil, das auf den Zylinderkopf der Brennkraftmaschine in einer definierten Aufspannebene aufsetzbar ist und zumindest ein Hubelement trägt, das mit einem Hub-Anzeigeelement zusammenwirkt.

Description

• Die Erfindung betrifft ein Verfahren zum Messen der Drehwinkelzuordnung zumindest einer oben liegenden Nockenwelle im Zylinderkopf einer Hubkolben-Brennkraftmaschine relativ zur Kurbelwelle, sowie eine Vorrichtung zur Durchführung des Verfahrens.
• Bei der Montage von Hubkolben-Brennkraftmaschinen oder zur Kontrolle der Ventilsteuerzeiten im Betrieb der Brennkraftmaschinen werden zumeist Markierungen an drehenden Teilen wie an der Kurbelwelle und an der Nockenwelle (oder an mehreren Nockenwellen) und an Gehäusen verwendet, die die Drehwinkelzuordnung von Kurbelwelle zu Nockenwelle erkennen lassen.
• Aufgrund der fortschreitenden Optimierung von Brennkraftmaschinen auch hinsichtlich des exakten Gaswechsels kann es erforderlich sein, diese Drehwinkelzuordnung noch genauer zu vermessen bzw. einzustellen.
• Aufgabe der Erfindung ist es deshalb, ein Verfahren und eine Vorrichtung zur Durchführung des Verfahrens aufzuzeigen, mit dem mit einfachen Mitteln eine sehr genaue Kontrolle bzw. Vermessung der Drehwinkelzuordnung von Kurbelwelle zu Nockenwelle der Brennkraftmaschine erzielbar ist. Die Vorrichtung soll dabei schnell und problemlos handhabbar sein.
• Die verfahrensgemäße Aufgabe wird erfindungsgemäß mit den kennzeichnenden Merkmalen des Patentanspruches 1 gelöst. Eine Vorrichtung zur Durchführung des Verfahrens ist im Patentanspruch 5 angeführt. Vorteilhafte Weiterbildungen des Verfahrens und der Vorrichtung enthalten die weiteren Patentansprüche.
• Hinsichtlich des Verfahrens wird erfindungsgemäß vorgeschlagen, dass ausgehend von einer OT-Stellung der Kurbelwelle der Brennkraftmaschine über eine auf den Zylinderkopf aufgesetzte Messeinrichtung mit einem an einem Nocken einer Nockenwelle anlaufenden Hubelement ein definierter Hub zu einem gemessenen Verdrehwinkel der Kurbelwelle in Relation gesetzt wird. Damit gelingt es, sehr genau eine definierte Drehwinkelstellung der Nockenwelle zu erfassen und mit einer z. B. über eine einfache Gradscheibe erfassten Drehwinkelposition der Kurbelwelle zu vergleichen. Dabei werden sowohl Toleranzen als auch Anzeigeungenauigkeiten an den Markierungen eliminiert.
• Bevorzugt wird dabei so verfahren, dass bei einer mehrzylindrigen Brennkraftmaschine ein Zylinder auf Zünd-OT gesetzt wird und dass der Nocken für die Ventilsteuerung eines anderen Zylinders mit dessen Anlauf- und/oder Ablauframpe als Referenzhub verwendet wird. Da beim Abgreifen der von oben frei zugänglichen Nockenrampen große Referenzhübe relativ zu den Nockenwellen-Verdrehwinkeln auftreten, ist eine extrem genaue Positionierung möglich, die mit dem dann vorliegenden Kurbelwellen-Verdrehwinkel vergleichbar ist.
• Bei einer Brennkraftmaschine mit zwei oben liegenden Nockenwellen je Zylinderkopf können an der Messeinrichtung zwei Hubelemente verwendet werden, die z. B. mit der Anlauframpe des einen Nockens z. B. einer Einlassnockenwelle und der Ablauframpe des anderen Nockens einer Auslassnockenwelle zusammenwirken.
• Die Vorrichtung zur Durchführung des Verfahrens weist eine Messeinrichtung mit einem Sockelteil auf, welches auf den Zylinderkopf der Brennkraftmaschine in einer definierten Aufspannebene aufsetzbar ist und zumindest ein Hubelement trägt, dass mit einem Hub-Anzeigeelement zusammenwirkt. Die Messeinrichtung kann unabhängig von den verwendeten Ventilbetätigungsmitteln und unabhängig von ggf. engen Bauraumverhältnissen von oben von der Ventildeckelseite aus auf den Zylinderkopf aufgesetzt und die Messung schnell durchgeführt werden.
• Besonders vorteilhaft ist dabei das zumindest eine Hubelement der Messeinrichtung ein in dem Sockelteil verschiebbar geführter Stößel mit einer planaren Anlauffläche, wobei diese Anlauffläche mit der Aufspannebene übereinstimmt oder parallel zu dieser liegt. Damit werden automatisch Toleranzen in der Aufspannebene eliminiert und es sind nur Höhentoleranzen z. B. durch Einstellen bzw. auf Null setzen einer entsprechenden Messuhr auszugleichen.
• Ein Ausführungsbeispiel der Erfindung ist im folgenden mit weiteren Einzelheiten näher erläutert. Die schematische Zeichnung zeigt eine teilweise aufgebrochene Hubkolben-Brennkraftmaschine in Reihenbauart mit zwei in einem Zylinderkopf angeordneten, oben liegenden Nockenwellen und einer aufgesetzten Messeinrichtung.
• Die einzige Zeichnung zeigt stark schematisiert eine Hubkolben-Brennkraftmaschine 10 mit beispielsweise vier in Reihe liegenden Zylindern 12, die in einem Zylinderkurbelgehäuse 14 angeordnet sind. In den Zylindern 12 gleitende Kolben 16 sind in bekannter Weise mittels Pleuel 18 mit einer drehbar im Zylinderkurbelgehäuse 14 gelagerten Kurbelwelle 20 verbunden.
• Auf das Zylinderkurbelgehäuse 14 ist ein Zylinderkopf 22 aufgesetzt, in dem in bekannter Weise zwei oben liegende Nockenwellen 24, 26 drehbar gelagert sind. Die Nockenwellen 24, 26, die von einem nicht dargestellten Trieb (z. B. Rollenkette oder Zahnriemen mit entsprechenden Antriebsrädern) von der Kurbelwelle 20 angetrieben sind, tragen je Zylinder 12 der Brennkraftmaschine 10 vier Nocken (allgemein mit 28 bezeichnet), die über Schlepphebel 30 als Ventilbetätigungselemente in bekannter Weise Gaswechselventile 32 nach definierten Steuerzeiten öffnen und schließen und somit den Gaswechsel in den von den Kolben 16 und dem Zylinderkopf 10 definierten Brennräumen steuern.
• Der Zylinderkopf 22 endet oben in einer planen Trennfläche 22a, auf die in bekannter Weise eine nicht dargestellte Ventilhaube dicht aufsetzbar ist.
• Auf diese Trennfläche 22a ist eine Messeinrichtung 40 mit einem Sockelteil 42 plan aufliegend aufgesetzt und über zumindest einen Passstift 43 positioniert, so wie mittels mehrerer Befestigungsschrauben (nicht dargestellt) gehalten.
• Die Messeinrichtung 40 weist als Hubelemente zwei verschiebbar in korrespondierenden Bohrungen 44 des Sockelteiles 42 geführte Stößel 46 auf, die in noch zu beschreibender Weise mit Nocken 28 der Nockenwellen 24, 26 zusammenwirken. Die planaren Anlaufflächen 46a der Stößel 46 liegen jeweils oberhalb einem der Nocken 28 in einer zur Trennfläche 22a parallelen Ebene, während die Bohrungen 44 senkrecht dazu ausgerichtet sind (rotationssymmetrische Stößel).
• Die mittels Schraubendruckfedern 48 geringfügig gegen die Nocken 28 vorgespannten Stößel 46 wirken auf Taststifte 50 von in der Höhe einstellbaren Messuhren 52.
• Zum präzisen Messen der Drehwinkelzuordnung zwischen der Kurbelwelle 20 und den Nockenwellen 24, 26 wird wie folgt verfahren, wobei angenommen sei, die Brennkraftmaschine 10 ist komplett (mit Ausnahme der Ventilhaube) zusammengebaut und hinsichtlich der Ventilsteuerzeiten eingestellt.
• Die Einstellung der Ventilsteuerzeiten kann erfolgt sein, in dem die Kurbelwelle 20 auf OT des ersten Zylinders 12 mittels eines Passstiftes gegen das Zylinderkurbelgehäuse 14 arretiert und die Nockenwellen 24, 26 mittels eines nicht dargestellten Einstellwerkzeuges ebenfalls am Zylinderkopf 22 definiert festgelegt und anschließend die Antriebsverbindung, z. B. mittels Zahnriemenräder und einem Zahnriemen, zwischen der Kurbelwelle 20 und den Nockenwellen 24, 26 hergestellt wurde. Danach wurden der Passstift und das besagte Einstellwerkzeug entfernt.
• Bei der besagten Messung wird z. B. an einer Antriebs-Riemenscheibe an der Kurbelwelle 20 eine Gradscheibe 60 befestigt, die über eine zylinderkurbelgehäuse-feste Markierung 62 ablesbar ist. Eine solche Gradeinteilung kann auch direkt in die besagte Riemenscheibe eingearbeitet sein.
• So dann wird die Kurbelwelle 20 in eine definierte Zylinder-OT-Stellung verdreht, im Ausführungsbeispiel auf Zünd-OT des dritten Zylinders 12 (d. h., dass der erste Zylinder 12 bei einer Zündfolge von 1-4-3-2 im Viertakt-Verfahren im Ladungswechsel-OT ist).
• Wird in dieser Position die Messeinrichtung 40 auf Nocken 28 der Nockenwellen 24,26 für den ersten Zylinder 12 aufgesetzt und befestigt, so liegen zunächst die Stößel 46 an den Nockengrundkreisen der Nocken 28 an.
• Es sei dabei darauf hingewiesen, dass wie an sich bekannt die eine Nockenwelle 26 eine Einlass-Nockenwelle ist, die die Einlassventile 32 der Brennkraftmaschine 10 betätigt, während die andere Nockenwelle 24 als Auslass-Nockenwelle auf die Auslassventile 32 wirkt. Die Stößel 46 liegen also an einer Einlassnocke 28 und an einer Auslassnocke 28 für den ersten Zylinder 12 an.
• In der beschriebenen OT-Ausgangsstellung wird die Gradscheibe 60 (sofern erforderlich) auf Null-Grad gestellt; des gleichen werden die höhenverstellbaren Messuhren 52 auf Null-Grad Anzeige justiert.
• Von dieser Position ausgehend wird die Kurbelwelle 20 in Antriebsrichtung der Brennkraftmaschine 10 (z. B. im Uhrzeigersinn) verdreht, bis zunächst die eine Messuhr 52 aufgrund des Auflaufens des korrespondierenden Stößels 46 an der Anlauframpe des Einlass-Nockens 28 einen genau definierten Wert (z. B. 5,27 mm) anzeigt. Bei diesem Wert wird nunmehr an der Kurbelwelle 20 bzw. an der Gradscheibe 60 der vorliegende Drehwinkel von z. B. 28,2° ermittelt. Durch weiteres Verdrehen der Kurbelwelle 20 kann ein weiterer Wert des Auslass-Nockens 28 durch Abtasten dessen Ablauframpe eingestellt und wiederum mit dem abgelesenen Wert an der Gradscheibe 60 verglichen werden.
• Die Ventilsteuerzeiten sind dann exakt richtig, wenn die an der Messuhr 52 abgelesenen Referenzhübe mit den dazu vorgegebenen Drehwinkeln der Kurbelwelle 20 an der Gradscheibe 60 übereinstimmen. Die entsprechenden Referenzwerte können rechnerisch, geometrisch oder empirisch ermittelt und vorgegeben sein.
• Nach der Vermessung der Drehwinkelzuordnungen zwischen der Kurbelwelle 20 und den Nockenwellen 24, 26 kann ggf. eine Nachjustierung der Nockenwelle 24 und/oder der Nockenwelle 26 durchgeführt und anschließend die Ventilhaube montiert werden.
• Das beschriebene Messverfahren hat den Vorteil, dass neben dessen schneller und einfacher Handhabung eine genaue Vermessung der Winkelzuordnungen unabhängig von baulichen Gegebenheiten im Zylinderkopf 22 der Brennkraftmaschine durchführbar ist.

Claims (8)

1. Verfahren zum Messen der Drehwinkelzuordnung zumindest einer oben liegenden Nockenwelle im Zylinderkopf einer Hubkolben-Brennkraftmaschine relativ zur Kurbelwelle, dadurch gekennzeichnet, dass ausgehend von einer OT-Stellung der Kurbelwelle (20) über eine auf den Zylinderkopf (22) aufsetzbare Messeinrichtung (40) mit einem an einen Nocken (28) anlaufenden Hubelement (46) ein definierter Hub zu einem gemessenen Verdrehwinkel der Kurbelwelle (20) in Relation gesetzt wird.

2. Verfahren nach Anspruch 1, dadurch gekennzeichnet, dass bei einer mehrzylindrigen Brennkraftmaschine (10) ein Zylinder (12) auf Zünd-OT gesetzt wird und dass der Nocken (28) für die Ventilsteuerung eines anderen Zylinders (12) mit dessen Anlauf- und/oder Ablauframpe als Referenzhub verwendet wird.

3. Verfahren nach Anspruch 1 oder 2, dadurch gekennzeichnet, dass bei einer Brennkraftmaschine (10) mit je Zylinderkopf (22) zwei oben liegenden Nockenwellen (24, 26) zwei Hubelemente (46) an der Messeinrichtung (40) verwendet werden, die mit je einem Nocken (28) der Nockenwellen (24, 26) zusammenwirken.

4. Verfahren nach Anspruch 3, dadurch gekennzeichnet, dass ein Auslass- Nocken (28) und ein Einlass-Nocken (28) eines Referenz-Zylinders (12) vermessen wird, wobei über ein Hubelement (46) der Hub an der Anlauframpe des einen Nockens (28) und über das andere Hubelement (46) der Hub an der Ablauframpe des anderen Nockens (28) erfasst und in Bezug zum Verdrehwinkel der Kurbelwelle (20) gesetzt wird.

5. Vorrichtung zur Durchführung des Verfahrens nach einem der vorhergehenden Ansprüche, dadurch gekennzeichnet, dass die Messeinrichtung (40) mit einem Sockelteil (42) auf den Zylinderkopf (22) der Brennkraftmaschine (10) in einer definierten Aufspannebene (22a) aufsetzbar ist und zumindest ein Hubelement (46) trägt, dass mit einem Hub-Anzeigeelement (50, 52) zusammenwirkt.

6. Vorrichtung nach Anspruch 5, dadurch gekennzeichnet, dass das zumindest eine Hubelement ein im Sockelteil (42) verschiebbar geführter Stößel (46) mit einer planaren Anlauffläche (46a) am Nocken (28) ist, wobei die Aufspannebene (22a) und die Anlauffläche (46a) parallel zueinander ausgerichtet sind.

7. Vorrichtung nach Anspruch 5 oder 6, dadurch gekennzeichnet, dass das zumindest eine Anzeigeelement eine Messuhr (50, 52) ist.

8. Vorrichtung nach einem der Ansprüche 5 bis 7, dadurch gekennzeichnet, dass die Aufspannebene (22a) für die Messeinrichtung (40) mit der Trennfläche (22a) zwischen dem Zylinderkopf (22) und einer Ventilhaube zusammenfällt.