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Einrichtung zur Änderung der Ventilsteuerzeiten von Brennkraftmaschinen
Die Erfindung bezieht sich auf eine Einrichtung zum drehzahlabhängigen Verändern
der Ventilsteuerzeiten von Brennkraftmaschinen unter Zuhilfenahme von schrägverzahnten
Antriebszahnrädern für die Nockenwelle. Hierbei hat eine Axialverschiebung der Nockenwelle
ein Verdrehen der Nockenwelle gegen-Über ihrem Antrieb zur Folge.
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Um den Einlaßschließzeitpunkt der Ventile von Brennkraftmaschinen
zu verschieben, sind bereits Differentialgetriebe benutzt worden, oder es wurde
auch eine Buchse mit Steilgewinde am Nockenwellenantrieb vorgesehen. Die jeweils
gewünschte Verstellung der Ventilsteuerzeiten mußte aber bei diesen bekannten Anordnungen
entweder von Hand oder drehzahlabhängig mittels eines besonderen Reglers ausgelöst
werden.
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Bekanntlich werden durch die Lage des Einlaßschließzeitpunktes die
Leistung, das Drehrnoment und der Mitteldruck eines Motors beeinflußt. Wenn beispielsweise
der Schließzeitpunkt des Einlaßventils weit nach dem unteren Totpunkt liegt, so
wird im allgemeinen das Mitteldruckmaximurn des Motors bei hohen Drehzahlen liegen
und der Mitteldruck auch bei der Enddrehzahl hoch sein.
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Bei Verlegung des Einlaßschließzeitpunktes näher an den unteren Totpunkt
ist die Drehzahl bei maximalem Mitteldruck kleiner. Weiterhin ist bei der Enddrehzahl
der Mitteldruck kleiner als im erstgenannten Fall. Da der Mitteldruck dem Liefergrad
etwa proportional ist, wird der maximale Liefergrad bei hohen Drehzahlen durch späten
Einlaßschluß erreicht, während sich durch früheren Einlaßschluß maximaler Liefergrad
bei niedrigen Drehzahlen ergibt. Es sei noch erwähnt, daß für maximalen Liefergrad
bei Anlaßdrehzahl der Zeitpunkt für den Einlaßschluß nahe beim unteren Totpunkt
liegen muß.
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Ferner ist bekanntlich bei einem gegebenen Motor der Kompressionsdruck
um so höher, je größer die Zylinderfüllung vorgenommen wurde. Der Kompressionsdruck
ist beim Anlassen von besonderer Bedeutung, weshalb auch beim Anlassen der Liefergrad
hoch sein muß. Im allgemeinen sind aber die Steuerzeiten für die Ventile so ausgelegt,
daß günstiger Liefergrad bei Betriebsdrehzahlen ermöglicht wird.
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Schließlich ist eine Vorrichtung zur Axialverschiebung der durch Schraubenräder
angetriebenen Steuernockenwelle von Brennkraftmaschinen bekannt, bei der die axiale
Verschiebung durch eine gegen die Wellenstirnfläche und der Axialreaktion der Antriebsschraubenräder
entgegenwirkende Kraft erfolgt. Diese Ausführung erfordert ein besonderes Stützlager,
welches den Axialschub auf einen kolbenförmigen Teil überträgt, der in einem zylindrischen
Gehäuse gleitet, welches wiederum die Führung des Wellenendes übernimmt. Diese Ausführung
bedingt aber wegen der Vielzahl der notwendigen einzelnen Bauteile eine in baulicher
Hinsicht bedeutende Aufwendigkeit und ist auch in der Handhabung umständlich.
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Demgegenüber wird gemäß der vorliegenden Erfindung die Axialverschiebung
der Nockenwelle durch die sich aus der Schrägverzahnung des Nockenwellenzahnrades
ergebende, mit zunehmender Drehzahl steigende Axialkraft der Nockenwelle gegen die
Kraft einer Druck- oder Zugfeder bewirkt. Hierbei kann die Nockenwelle von einem
schrägverzahnten Zahnrad auf der Nockenwelle über ein Zwischenrad oder auch unmittelbar
von einem auf der Kurbelwelle sitzenden Rad angetrieben sein. In der bisher üblichen
Bauweise wurde die Schrägverzahnung so ausgeführt, daß die Axialkomponente des Zahnrades
die Nockenwelle gegen ein axiales Lager am Kurbelgehäuse drückt, so daß die Nockenwelle
in axialer Richtung festlag.
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Mit der erfindungsgemäßen Einrichtung wird die bisher bekannte umständliche
und daher nachteilige Handverstellung zur Änderung der Ventilsteuerzeiten vermieden
und darüber hinaus der Aufwand, den ein zusätzlicher Regler bedeutet, eingespart.
Außerdem erfordert die neue Einrichtung gegenüber einem üblichen Nockenwellenantrieb
ohne Verstellmöglichkeit so gut wie keinen erhöhten Bauaufwand.
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In weiterer Ausgestaltung der Erfindung wird vorgeschlagen, die Druck-
oder Zugfeder der neuen Einrichtung zwischen dem Nockenwellenzahnrad und dem Steuerräderdeckel
bzw. der Kurbelgehäusewand anzuordnen. Auf diese Weise ist die Axialkomponente der
Zahnkraft entgegengesetzt, also vom Kurbelgehäu se weggerichtet, so daß das bisher
übliche Axiallager am Kurbelgehäuse in Fortfall kommen und durch eine einfache Anlauffläche
ersetzt werden kann.
In der Zeichnung ist die erfindungsgemäße Einrichtung
durch einen Schnitt durch einen Steuerräderkasten veranschaulicht.
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Durch die steuerräderseitige Wand 1 des Kurbelgehäuses sind
die Nockenwelle2 und die Kurbelwelle 3 hindurchgeführt, wobei auf deren in
den Steuerräderkasten hineinragende Wellenstümpfe je
ein Zahnrad4 und
5 befestigt ist, die einander mit Schrägverzahnung im Eingriff stehen. Im
gezeigten Ausführungsbeispiel befindet sich zwischen diesen Zahnrädern 4 und
5 noch ein in der Kurbelgehäusewand 1 gelagertes Zwischenrad
6, das ebenfalls mit den Rädern 4 und 5 im Eingriff steht, eine gleichartige
Schrägverzahnung aufweist und in axialer Richtung festliegt. Der Steuerrädersatz
4, 5, 6 ist durch einen an der Kurbelgehäusewand 1 befestigten Steuerräderdeckel
7 abgeschlossen. Zwischen dem Nockenwellenzahnrad 4 und dem Steuerräderdeckel
7 ist nach der Erfindung ein Federelement eingeschaltet, welches in diesem
Ausführungsbeispiel als Druckfeder 8 dargestellt ist, wobei das nach dem
Nockenwellenzahnrad 4 gelegene Ende dieser Feder 8 in einem Drucklager
9 üblicher Bauart ruht, während das andere Federende auf beliebige Weise
im gegenüberliegenden Teil des Steuerräderdeckels 7 befestigt sein kann.
Mit 10 ist die Anlauffläche für das Nockenwellenzahnrad 4 benannt.
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Wenn sich die erfindungsgernäße Einrichtung im Stillstand befindet,
ist keine aus der Schrägverzahnung herrührende Axialkraft am Nockenwellenzahnrad
vorhanden, so daß die Feder 8 die Nabe des Nockenwellenzahnrades 4 gegen
die Anlauffläche 10
der Kurbelgehäusewand 1 andrückt. Mit zunehmender
Drehzahl der Maschine wird nun das von der Nockenwelle2 aufgenommene Drehmornent
etwa proportional dieser Drehzahl ebenfalls ansteigen. In gleicher Weise wird auch
der Zahndruck und damit die Axialkraft am Nockenwellenzahnrad4 zunehmen. Hierbei
wird infolge der Wirkung dieser Axialkraft die Nockenwelle2 so lange axial verschoben,
bis sich zwischen der Axialkraft und der Druckkraft des Federelementes, also der
Druckfeder8, Gleichgewicht einstellt.
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Bei Anwendung einer Feder mit linearer Kennlinie wird sich jetzt die
Nockenwelle2 proportional der Drehzahl der Maschine verschieben. Da nun die Zahnräder4,
5, 6 schräg verzahnt sind, bewirkt eine axiale Verschiebung des Nockenwellenzahnrades
4 gleichzeitig eine Verdrehung der Nockenwelle2 und damit eine Veränderung der Winkelzuordnung
zwischen Kurbelwelle3 und Nockenwelle2, also eine Veränderung der Steuerzeiten der
Ventile. Hierbei geht die Verstellung der Steuerzeiten in dem Sinne vor sich, daß
mit zunehmender Drehzal die Steuerzeiten gegenüber der Kurbelwelle zurückbleiben,
d. h. zu einem späteren Zeitpunkt wirksam werden. Folglich wird der für die
Höhe des Liefergrades besonders wichtige Zeitpunkt »Einlaß schließt« von einem beim
Start und bei niedrigen Drehzahlen frühen Zeitpunkt in bezug auf die Kurbelwelle
mit steigender Drehzahl auf immer später liegende Zeitpunkte verschoben.
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Die Größe des Verstellbereiches für die Veränderung der Ventilsteuerzeiten
richtet sich nun je nach der Wahl des für die Steuerräder benutzten Schrägungswinkels
und je nach der Federkonstanten des Federelementes. wobei hervorgehoben sei,
daß eine nicht lineare Federk-ennlinie--eine nicht lineare Verstellcharakteristik
für die Steuerzeiten gegenüber der Drehzahl ergibt. Wenn die Drehmomentaufnahnie
und damit die Axialkraft am Nockenwellenzahnrad nicht gleichförmig ist, so ist es
möglich, durch zusätzliche Anwendung an sich bekannter Belastungsnocken ein hinreichend
gleichförmiges Drehmornent an der Nockenwelle zu erreichen.
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Die Einrichtung wird auch wirksam, wenn zwischen Nockenwellenzahnrad
4 und der Kurbelgehäusewand 1 ein auf Zug ansprechendes Federelernent eingeschaltet
ist.