DE1094040B

DE1094040B - Einrichtung zur AEnderung der Ventilsteuerzeiten von Brennkraftmaschinen

Info

Publication number: DE1094040B
Application number: DEM42237A
Authority: DE
Inventors: Dr-Ing Klaus Wiebicke; Dr-Ing Georg Jaeckel
Original assignee: MAN Maschinenfabrik Augsburg Nuernberg AG
Current assignee: MAN AG
Priority date: 1959-07-24
Filing date: 1959-07-24
Publication date: 1960-12-01

Description

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.
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.
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.
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.
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.
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.
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.
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.
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.
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.
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.
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.
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.
Die Einrichtung wird auch wirksam, wenn zwischen Nockenwellenzahnrad 4 und der Kurbelgehäusewand 1 ein auf Zug ansprechendes Federelernent eingeschaltet ist.

Claims

PATENTANSPRÜCHE: 1. Einrichtung zum drehzahlabhängigen Verändern der Ventilsteuerzeiten von Brennkraftrnaschinen unter Zuhilfenahme von schrägverzahnten Antriebszahnrädern für die Nockenwelle derart, daß eine Axialverschiebung der Nockenwelle ein Verdrehen der Nockenwelle gegenüber ihrem Antrieb zur Folge hat, dadurch gekennzeichnet, daß die Axialverschiebung der Nockenwelle durch die sich aus der Schrägverzahnung des Nockenwellenzahnrades (4) ergebende, mit zunehmender Drehzahl steigende Axialkraft der Nockenwelle gegen die Kraft einer Druck- oder Zugfeder (8) bewirkt wird.
2. Einrichtung nach Anspruch 1, dadurch gekennzeichnet, daß die Feder (8) zwischen Nockenwellenzahnrad (4) und dem Steuerräderdeckel (7) bzw. der Kurbelgehäusewand (1) angeordnet ist. 3. Einrichtung nach den Ansprüchen 1 und 2, dadurch gekennzeichnet, daß zur Erreichung eines gleichförmigen Drehmomentes an der Nockenwelle zusätzlich an sich bekannte Belastungsnocken zur Anwendung gelangen.
In Betracht gezogene Druckschriften: Österreichische Patentschrift Nr. 114310.