DE10318008A1

DE10318008A1 - Anordnung zum Steuern der Ein- und Auslasssteuerzeiten von Gaswechselventilen und Kraftstoffeinspritzvorrichtungen einer Brennkraftmaschine

Info

Publication number: DE10318008A1
Application number: DE10318008A
Authority: DE
Inventors: Matthias Söngen
Original assignee: MAN B&W Diesel GmbH
Current assignee: MAN Energy Solutions SE
Priority date: 2003-04-19
Filing date: 2003-04-19
Publication date: 2004-11-18
Also published as: CH697360B1; KR101125388B1; KR20040091542A; FI20040521A; FI122868B; FI20040521A0

Abstract

Um bei einer Anordnung zum Steuern der Ein- und Auslasssteuerzeiten von Gaswechselventilen und Kraftstoffeinspritzvorrichtungen einer Brennkraftmaschine mit mehreren schaltbaren Kipphebeln, die jeweils mit einer Stoßstange gelenkig verbunden sind, diese Stoßstangen mit einer jeweils einen Schwinghebel, einen Exzenter auf einer bis zu 360 DEG verdrehbaren Steuerwelle/Exenterwelle und eine am Nocken einer Nockenwelle laufende Rolle umfassende Stelleinrichtung zur Förderbeginnverstellung der Einspritzpumpe und/oder zur Phasenverschiebung der Ventilsteuerzeiten in Wirkverbindung gebracht ist, und zumindest die Exenterwelle der Stelleinrichtung aus mehreren Achsenteilstücken aufgebaut ist, die mittels Gestellwänden innerhalb des Maschinengehäuses der Brennkraftmaschine gelagert werden können, eine günstige Kraftabstützung der höchstbelasteten Achsenteilstücke zu ermöglichen, ohne die Durchmesserauslegung und die Dimensionierung der Flanschverbindungen der Exenterwelle trotz Erhöhung der bisher üblichen Einspritzdrücke verändern zu müssen, ist vorgesehen, die Achsenteilstücke (1, 4) der Steuerwelle/Exzenterwelle (17) in Form von Exzenter- (1) und Verbindungswellenteilstücken (4) auszubilden, die in alternierender Folge die Exzenterwelle (17) aufbauen, wobei eine zylinderweise Zusammenfassung von Ein- (10) und Auslassschwinghebeln (11) und Pumpenschwinghebel (12) auf jeweils einem Exzenterwellenteilstück (1) vorgenommen ist und jedes Exzenterwellenteilstück (1) mittels ...

Description

Die Erfindung betrifft eine Anordnung zum Steuern der Ein- und Auslasssteuerzeiten von Gaswechselventilen und Kraftstoffeinspritzvorrichtungen einer Brennkraftmaschine gemäß dem Oberbegriff des Patentanspruchs 1.

Aus der DE 100 43 270 A1 ist eine gattungsbildende Anordnung zum Steuern der Ein- und Auslasssteuerzeiten von Gaswechselventilen und Kraftstoffeinspritzvorrichtungen einer Brennkraftmaschine bekannt geworden. Eine derartige Anordnung in Form eines Ventiltriebs umfasst im wesentlichen mehrere schaltbare Kipphebel, die jeweils mit einem Hebelarm auf ein Ventil oder eine Kraftstoffeinspritzvorrichtung einwirken und mit dem anderen Hebelarm mit einer Stosstange gelenkig verbunden sind, die wiederum mit einer Stelleinrichtung in Wirkverbindung gebracht sind. Die Stelleinrichtung wiederum umfasst je Kipphebel einen auf einem Exzenter schwingenden Schwinghebel, welcher eine Verbindung zwischen der auf einem Nocken einer Nockenwelle laufenden Rolle und einer bis zu 360° verdrehbaren Exzenterwelle derart herstellt, dass durch ein Verdrehen der Exzenterwelle eine veränderliche Position der Rolle auf dem Nockengrundkreis erzielbar ist, was zu veränderlichen Ventilsteuerzeiten führt, so dass zur Optimierung der Gaswechselvorgänge eine Anpassung beispielsweise eines Dieselmotors an verschiedene Lastzustände sowohl an einen schadstoffarmen als auch an einen verbrauchsarmen Betrieb möglich wird.

Dadurch dass zumindest die Exzenterwelle der Schwinghebel aus mehreren Achsenteilstücken aufgebaut ist und in Befestigungsbohrungen von Gestellwänden innerhalb des Maschinengehäuses der Brennkraftmaschine gelagert werden kann, so dass alle Achsenteilstücke einzeln montierbar sind, kann im Gegensatz zu früheren Ausführungen einteiliger Schwinghebelwellen auf aufwendige Lagerböcke verzichtet werden und gleichzeitig ist wegen der besseren Verbindungstechnik in Form von angedrehten Kupplungsflanschen, die mit entsprechenden Flanschflächen formschlüssig verbindbar sind, der Exzenterwellenachsenversatz aufgrund von Fertigungstoleranzen minimiert.

Denn für jedes Achsenteilstück kann an beiden Stirnseiten jeweils ein Kupplungsflansch vorgesehen werden, der jeweils einfach mit einer in der entsprechenden Befestigungsbohrung der Gestellwand drehbar eingebrachten Flanschwelle kraftschlüssig verbunden ist. Diese Massnahme hat im Vergleich zur Lagertechnik mittels Lagerböcken eine erhebliche Teilereduzierung zur Folge.

Das oben Gesagte gilt selbstverständlich auch für die Nockenwelle, wenn diese aus mehreren Achsenteilstücken aufgebaut ist, derart dass an beiden Stirnseiten eines jeden Achsenteilstückes ein Kupplungsflansch vorgesehen ist, der mit einer in einer Lagerbohrung einer Gestellwand des Maschinengehäuses drehbar einbringbare Flanschwelle kraftschlüssig verbindbar ist, und so beliebig verlängerbar ist.

Insbesondere kann dann das Maschinen-, bzw. das Kurbelgehäuse bei gleichzeitiger Gestellwandlagerung von Exzenter- und Nockenwelle einfach mittels an der jeweiligen äusseren Stirnseite der Gestellwand angebrachten Gurten geschlossen und auch gleichzeitig versteift werden.

Dadurch dass die Kupplungsflansche an den Stirnseiten der Achsenteilstücke einfach angedreht sind, ist ein konstruktiv einfache Ausgestaltung von standardisierten Teilstücken möglich.

Bekanntlich üben die Pumpenschwinghebel die grössten Kräfte auf die entsprechenden Achsenteilstücke der Exzenterwelle aus. Der Tribut an erhöhte Einspritzdrücke ist eine höhere Belastung der Lagerstellen der Exzenterwelle. Um drohenden Biegeerscheinungen auf der Exzenterwelle entgegenzuwirken, müssten die Achsenteilstücke im Durchmesser stärker dimensioniert werden, die Lagerstellenanzahl erhöht werden und die Flanschverbindungen der Achsenteilstücke verstärkt ausgelegt werden. Dies würde die Fertigung verteuern, bzw. die Teilezahl erhöhen, was wiederum verschlechterte Wartungsbedingungen zur Folge hätte.

Hiervon ausgehend ist es die Aufgabe der vorliegenden Erfindung, eine Anordnung zum Steuern der Ein- und Auslasssteuerzeiten von Gaswechselventilen und Kraftstoffeinspritzvorrichtungen einer Brennkraftmaschine der eingangs genannten Art zu schaffen, bei der eine günstige Kraftabstützung der höchstbelasteten Achsenteilstücke möglich ist, ohne die Durchmesserauslegung und die Dimensionierung der Flanschverbindungen der Exzenterwelle trotz Erhöhung der bisher üblichen Einspritzdrücke verändern zu müssen und dennoch der Fertigungsaufwand für eine derartige Anordnung reduziert werden kann.

Diese Aufgabe wird durch die kennzeichnenden Merkmale des Anspruchs 1 gelöst.

Dadurch, dass die Achsenteilstücke der Exzenterwelle in Form von Exzenterwellen- und Verbindungswellenteilstücken ausgebildet sind, die in alternierender Folge die Exzenterwelle aufbauen, wobei eine zylinderweise Zusammenfassung von Ein- und Auslassschwinghebeln und Pumpenschwinghebel auf jeweils einem Exzenterwellenteilstück vorgenommen ist und jedes Exzenterwellenteilstück mittels Lagerböcken symmetrisch zu seiner Längsachse an den entsprechend angeordneten Gestellwänden drehbar gelagert ist, ist in besonders vorteilhafter Weise eine Vormontage der Ein- und Auslassschwinghebel und des Pumpenschwinghebels auf einem gemeinsamen Exzenterwellenteilstück in Form eines Schwinghebelmoduls möglich.

Genauso ist eine schnelle Demontage eines derartigen Schwinghebelmoduls bspw. im Reperaturfall möglich. Dieses Schwinghebelmodul eignet sich für Reihen- und V-Motore.

Dadurch, dass jedes Exzenterwellenteilstück symmetrisch zu seiner Längsachse drehbar gelagert werden kann, ist eine günstige Kraftabstützung der höchstbelasteten Schwinghebellagerstellen gewährleistet, denn es kann in diesen kritischen Wellenbereichen jeweils der kleinstmögliche Lagerabstand realisiert werden.

Da einerseits jedes Exzenterwellenteilstück die Funktion der Wellenlagerung, der Drehmomentübertragung und der Biegemomentaufnahme erfüllt und andererseits die Verbindungswellenteilstücke zumindest hauptsächlich zur Drehmomentübertragung vorgesehen sind, muss nur noch das Exzenterwellenteilstück aufwendig gefertigt werden, während das Verbindungswellenteilstück mit grösseren Toleranzen hergestellt werden kann, da jetzt nur noch die Drehmomentübertragung bewerkstelligt sein muss.

Dies ist ein besonderer Vorteil der erfindungsgemässen Anordnung gegenüber dem bisherigen Stand der Technik, bei dem eben alle Steuerwellenteilstücke inklusive der Verbindungswellenteilstücke die Funktion der Lagerung, der Drehmomentübertragung und der Biegemomentaufnahme erfüllen müssen und somit alle aufwendig genau gefertigt werden mussten.

Die Erfindung soll nachfolgend näher erläutert werden. In der zugehörigen Zeichnung zeigt perspektivisch die
1 ein Schwinghebelachsenteilstück mit einem aufgesetzten Exzenter zur Förderbeginnverstellung der Einspritzpumpe,
2 ein Schwinghebelachsenteilstück in Form einer Verbindungswelle von Schwinghebelachsenteilstücken mit aufgesetzten Exzentern,
3 ein Schwinghebelmodul, das jeweils einen Ein- und Auslassschwinghebel, einen Pumpenschwinghebel auf einem Schwinghebelachsenteilstück zylinderweise zusammenfasst,
4 eine Darstellung der Anordnung zum Steuern der Ein- und Auslasssteuerzeiten von Gaswechselventilen und Kraftstoffeinspritzvorrichtungen einer Brennkraftmaschine in Form der im Maschinengehäuse zueinander achsparallel angeordneten und jeweils mittels mehrerer Achsenteilstücke aufgebauten Nocken- und Exzenterwelle mit aufgesetzten Schwinghebeln, deren Verstellung mittels der Exzenterwelle erfolgt, so dass die Abstützpunkte zwischen den Nocken und den Rollen der Schwinghebel verschoben werden können, und
5 eine Darstellung gemäss der 4, jedoch im in das Maschinengehäuse eingebauten Zustand.
Die erfindungsgemässe Anordnung im dargestellten Ausführungsbeispiel einer Zwei-Zylinder-Station (stellvertretend für eine Mehr-Zylinder-Brennkraftmaschine), wie insbesondere in der 4 zu sehen, umfasst ein Schwinghebelwellenkonzept mit einer Steuerwelle/Exzenterwelle 17 mit mindestens einem auf einem Exzenter 2 schwingenden Pumpenschwinghebel 12, welcher eine Verbindung zwischen einer auf einem Nocken 14 einer Nockenwelle 13 laufenden Rolle 18 und der Exzenterwelle 17 derart herstellt, so dass durch ein Verdrehen der Exzenterwelle 17 um bis zu 360° eine veränderliche Position der Rolle 18 auf dem Grundkreis der Nockenwelle 13 erzielbar ist und so veränderliche Zeitpunkte des Förderbeginns erzielt. Der Pumpenschwinghebel 12 ist beidseitig von jeweils einem Ein- 10 und Auslassschwinghebel 11 flankiert, die wie der Pumpenschwinghebel 12 in entsprechender Weise mit der Nockenwelle 13 wechselwirken, um eine Phasenverschiebung der Ventilsteuerzeiten zu erzielen.
Die Exzenterwelle 17 ist aus mehreren Achsenteilstücken 1, 4 aufgebaut, in Form von Exzenter- 1 mit einem Exzenter 2 und Verbindungswellenteilstücken 4, die in alternierender Folge die Exzenterwelle 17 aufbauen.
Gemäss der 3 ist eine zylinderweise Zusammenfassung von Ein- und Auslassschwinghebeln 10, 11 und Pumpenschwinghebel 12 auf jeweils einem Exzenterwellenteilstück 1 vorgesehen.
Zwischen dem Ein- 10 und Auslassschwinghebel 11 und dem Pumpenschwinghebel 12 sind zwei Lagerböcke 8, die das Exzenterwellenteilstück 1 drehbar aufnehmen, vorgesehen, so dass mittels diesen das Exzenterwellenteilstück 1 symmetrisch zu seiner Längsachse an entsprechend angeordneten Gestellwänden 7 des Maschinengehäuses 19 mittels Schraub- oder anderer Verbindung gelagert werden kann.
Gemäss der 2 ist an beiden Stirnseiten eines solchen Verbindungswellenteilstückes 5 ein Kupplungsflansch 3 angedreht, der Schraubendurchgangsbohrungen 6 zum Verschrauben mit einer Anschraubfläche 3 des Exzenterwellenteilstückes 1 aufweist (siehe 1).
Gemäss der 5 sind im Maschinengehäuse 19 entsprechend der dazwischen aufzunehmenden Achsenteilstücke 1, 4 voneinander beabstandete Gestellwände 7 vorgesehen. In den Gestellwänden 7 sind Befestigungsbohrungen 9 zur Lagerung der Nockenwelle 13 vorgesehen. Desweiteren ist an der Oberseite des Maschinengehäuses 19 die Lage der Einspritzpumpen 15 und der Durchbruch 16 der Stossstangen angedeutet.
Die Ausführung der Erfindung ermöglicht eine Gestellwandanordnung im Maschinengehäuse 19 zur parallelen Lagerung der jeweiligen Achsenteilstücke der beiden Steuerwellen 13, 17, derart, dass das Maschinengehäuse 19 einfach mittels sogenannter hier nicht gezeigter Gurte an den äusseren Stirnseiten der Gestellwände 20 abschliessbar und versteifbar ist.

1: Exzenterwellenteilstück
2: Exzenter
3: Anschraubfläche des Exzentennrellenteilstücks
4: Verbindungswellenteilstück
5: Kupplungsflansch des Verbindungswellenteilstücks
6: Schraubendurchgangsbohrung
7: Maschinengestellwand
8: Lagerbock
9: Befestigungsbohrung Nockenwelle
10: Ein-
11: und Auslassschwinghebel
12: Pumpenschwinghebel
13: Steuerwelle/Nockenwelle
14: Nocken
15: Lage der Einspritzpumpe
16: Durchbruch für Stossstangen
17: Exzenterwelle
18: Rolle
19: Maschinengehäuse
20: Äussere Gestellwände

Claims

Anordnung zum Steuern der Ein- und Auslasssteuerzeiten von Gaswechselventilen und Kraftstoffeinspritzvorrichtungen einer Brennkraftmaschine mit mehreren schaltbaren Kipphebeln, die jeweils mit einer Stossstange gelenkig verbunden sind, diese Stossstangen mit einer jeweils einen Schwinghebel, einen Exzenter auf einer bis zu 360° verdrehbaren Steuerwelle/Exzenterwelle und eine am Nocken einer Nockenwelle laufende Rolle umfassende Stelleinrichtung zur Förderbeginnverstellung der Einspritzpumpe und/oder zur Phasenverschiebung der Ventilsteuerzeiten in Wirkverbindung gebracht ist, und zumindest die Exzenterwelle der Stelleinrichtung aus mehreren Achsenteilstücken aufgebaut ist, die mittels Gestellwänden innerhalb des Maschinengehäuses der Brennkraftmaschine gelagert werden können, dadurch gekennzeichnet, dass die Achsenteilstücke (1, 4) der Steuerwelle/Exzenterwelle (17) in Form von Exzenter- (1) und Verbindungswellenteilstücken (4) ausgebildet sind, die in alternierender Folge die Exzenterwelle (17) aufbauen, wobei eine zylinderweise Zusammenfassung von Ein- (10) und Auslassschwinghebeln (11) und Pumpenschwinghebel (12) auf jeweils einem Exzenterwellenteilstück (1) vorgenommen ist und jedes Exzenterwellenteilstück (1) mittels Lagerböcken (8) symmetrisch zu seiner Längsachse an den entsprechend angeordneten Gestellwänden (7) drehbar gelagert ist
Anordnung nach Anspruch 1, dadurch gekennzeichnet, dass jedes Verbindungswellenteilstück (4) an beiden Stirnseiten jeweils einen Kupplungsflansch (5) umfasst, der jeweils mit einer stirnseitigen Anschraubfläche (3) des Exzenterwellenteilstückes (1) oder mit einem Lagerbock (8) an einer entsprechend angeordneten Gestellwand (7) kraftschlüssig verbindbar ist.
Anordnung nach Anspruch 2, dadurch gekennzeichnet, dass die Kupplungsflansche (5) an den Stirnseiten der jeweiligen Achsenteilstücke (4) angedreht sind.
Anordnung nach Anspruch 1, dadurch gekennzeichnet, dass jedes Exzenterwellenteilstück (1) die Funktion der Wellenlagerung, der Drehmomentübertragung und der Biegemomentaufnahme erfüllt.
Anordnung nach Anspruch 1, dadurch gekennzeichnet, dass die Verbindungswellenteilstücke (4) zumindest hauptsächlich zur Drehmomentübertragung vorgesehen sind.