DE19638330A1 - Nockenanordnung für eine Brennkraftmaschine - Google Patents

Description

Die Erfindung betrifft eine Nockenanordnung gemäß dem Oberbegriff des Patentan­ spruches 1.

Aus der DE-43 22 246 A1 ist eine gattungsgemäße Nockenanordnung bekannt, wobei zwei axial beabstandet zueinander angeordnete Nocken auf einem in Form einer Hülse ausgebildeten Trägerelement an geordnet sind. Diese Hülse ist koaxial zu einer Innen­ welle angeordnet und kann bei der Herstellung auf diese aufgeschoben werden. Diese bekannte Anordnung bietet vielerlei Vorteile hinsichtlich der Fertigung einer Nocken welle, da die einzelnen Nocken bzw. das gesamte Nockenelement unabhängig von der Innenwelle gefertig werden können. Grundsätzlich dient sie dem Zweck, dreh­ zahlabhängig die Schließflanken von Gaswechselventilen zu beeinflussen.

Des weiteren ist es grundsätzlich aus DE-32 34 640 C2 und aus der DE-41 00 087 A1 bekannt, die Schwenkbewegung von relativ zu einer Innenwelle beweglich angeord­ neten Nocken durch die Anordnung von ggfs. mit Drosselblenden versehenen Bohrungen zu dämpfen. Hierbei weisen die Schwenknocken sich über einen begrenzten Umfang erstreckende, ölbefüllte Ausnehmungen auf, in welche eine mit der Innenwelle fest verbundene und diese Bohrungen bzw. Drosselblenden aufweisende Nase angeordnet ist.

Diese Art der begrenzten Verschwenkbarkeit weist auch die eingangs genannte, gattungsgemäße Nockenanordnung nach DE-43 22 246 A1 auf.

Der Erfindung liegt die Aufgabe zugrunde, eine Nockenanordnung für eine Brennkraft­ maschine zu schaffen, bei der in konstruktiv möglichst einfacher Weise mittels Schwenknocken drehzahlabhängig unterschiedliche Schließflanken von einem Zylinder der Brennkraftmaschine zu geordneten, dem Einlaß- und/oder Auslaß dienenden Gas­ wechselventilen zu schaffen.

Die Lösung dieser Aufgabe gelingt mit den Merkmalen des Patentanspruches 1. Vorteilhafte Ausgestaltungen der Erfindung sind in den abhängigen Ansprüchen benannt. Die erfindungsgemäße Lösung zeichnet sich dadurch aus, daß das einem Zylinder der Brennkraftmaschine zugeordnete Nockenelement in axialer Richtung mindestens eine Teilung aufweist, so daß die dadurch entstehenden Teilnockenelemente unabhängig voneinander jeweils begrenzt verschwenkbar sind. Die Vorteile bezüglich einer separat von der Innenwelle vorzunehmen den Herstellbarkeit und bezüglich der Montage auf der Innenwelle bleiben voll erhalten, jedoch wird zusätzlich der Vorteil erzielt, daß die von den Teilnockenelementen betätigten Gaswechselventile voneinander abweichende Ventilerhebungskurven auf ihrer Schließflanke aufweisen. Bei einer Anwendung auf einer dem Einlaß dienenden Nocken welle kann hierdurch eine gezielte Ladungsbewegung erreicht werden, da die von den Teilnockenelementen jeweils betätigten Einlaßventile eine unterschiedlich lange Öffnungsdauer aufweisen.

In vorteilhafter Ausgestaltung kann diese voneinander abweichende Verschwenkbarkeit der Teilnockenelemente beispielsweise dadurch erzielt werden, daß das Nockenelement nicht symmetrisch geteilt ist, sondern die axiale Erstreckung der dadurch erzielten Teil­ nockenelemente voneinander ab weicht. Hiermit ist ein unterschiedliches Dämpfungsver­ halten innerhalb der ölgefüllten Ausnehmung erreicht, da die zu verdrängenden Ölvolu­ mina der beiden Teilnockenelemente voneinander verschieden sind.

Zusätzlich oder unabhängig davon können die druckölführenden und von einem in der Innen welle ausgebildeten Längskanal abzweigenden, die Ausnehmung versorgenden Versorgungskanäle der Teilnockenelemente voneinander verschiedene Durchström­ widerstände und/oder Gestaltungen bzw. Anordnungen zueinander aufweisen, wodurch sich wiederum ein voneinander verschiedenes Dämpfungsverhalten einstellt. Hierfür können die Versorgungskanäle voneinander abweichende Querschnittsflächen, Austritts­ öffnungen und Positionierungen und/oder zusätzlich Rückschlagventile aufweisen. Die mit einem Rückschlagventil versehenen Kanäle stellen schlagartig zu Beginn jeder Nockenschwenkbewegung eine Dämpfung bereit, während in den anderen Fällen die Dämpfung allmählich einsetzt.

Zusätzlich zu den genannten konstruktiven Maßnahmen wird das gesamte Dämpfungs­ verhalten der Teilnockenelemente von den Ventilfederkräften der von den Nocken­ scheiben betätigten Gaswechselventile sowie von den hierbei bewegten Massen beeinflußt.

Die erfindungsgemäße Nockenanordnung läßt sich vorteilhaft bei jeder ventilgesteuerten Brennkraftmaschine mit mindestens zwei gleichartigen Einlaß- und/oder Auslaßventilen einsetzen, wobei beispielsweise im Falle von drei dem Einlaß dienenden Ventilen ein Teilnockenelement zwei Nockenscheiben zur synchronen Betätigung von zwei der drei Einlaßventile und das andere Teilnockenelement eine Nockenscheibe zur Betätigung des dritten Einlaßventiles aufweisen kann. Des weiteren ist es möglich, unter Beibehaltung einer baulichen Einheit mehr als eine Teilung an einem Nockenelement vorzusehen, um somit beispielsweise für die vorgenannten drei Einlaßventile jeweils separate Dämpfungseigenschaften einzustellen.

Weitere Vorteile der Erfindung ergeben sich aus dem nachfolgend anhand einer Zeichnung näher erläuterten Ausführungsbeispiel.

Es zeigen:

Fig. 1 eine Seitenansicht einer erfindungsgemäßen Nockenanordnung,

Fig. 2 einen Schnitt entlang der Linie II-II gemäß Fig. 1,

Fig. 3a, b, c verschiedene Ausführungen eines Ausschnittes aus Fig. 2 und

Fig. 4a, b, c Draufsichten auf die Ausführungen gemäß Fig. 3a bis c.

Eine Nockenanordnung für eine Brennkraftmaschine umfaßt eine aus einer Innenwelle 1 und darauf angeordneten Nockenelementen 2 gebildete Nocken welle zur periodischen Betätigung von nicht gezeigten, als Einlaß- oder Auslaßventile ausgebildeten Gas­ wechselventilen unter Zwischenschaltung von Tassenstößeln 3. Die Nockenelemente 2 weisen axial beabstandet zueinander mehrere Nockenscheiben 4, 5 und ein diese tra­ gendes, hülsenförmiges Trägerelement 6 mit einer durchgehenden, hohlzylindrischen Aufnahme 7 zur koaxialen Lagerung auf der Innenwelle 1 auf
Das Nockenelement 2 ist begrenzt verschwenkbar auf der Innenwelle 1 gehalten, wobei ein zwischen Nockenelement 2 und Innenwelle 1 wirksamer und an der Innenwelle 1 festgelegter Anschlag 8 den Schwenkbereich begrenzt.

Die Nockenscheiben 4, 5 weisen eine mit diesem Anschlag 8 korrespondierende Aus­ nehmung 9 auf, in welche dieser Anschlag 8 eingreift.

Die Innenwelle 1 weist einen druckölführenden Längskanal 10 und davon radial ab­ zweigende und in die Ausnehmung 9 einmündende Versorgungskanäle 11, 12 auf.

Das Nockenelement 2 ist in axialer Richtung der Nocken welle geteilt ausgeführt, wobei dadurch gebildeten Teilnockenelementen 2a und 2b jeweils eine Nockenscheibe 4 bzw.

5 zugeordnet ist. Zwischen beiden Teilnockenelementen 2a, 2b ist ein Dichtring 13 koaxial zur Innenwelle 1 angeordnet, welcher die ölgefüllte Ausnehmung 9 zwischen diesen beiden Teilnockenelementen 2a, 2b öldicht trennt.

Wie aus Fig. 1 ersichtlich, ist die axiale Erstreckung der Teilnockenelemente 2a, 2b voneinander verschieden, wodurch dem die Nockenscheibe 4 tragenden Teilnocken­ element 2a ein flächenmäßig größerer Abschnitt des Anschlages 8 zugeordnet ist, als dem anderen Teilnockenelement 2b.

Zur Erzielung unterschiedlicher Dämpfungen der Teilnockenelemente 2a, 2b weisen die Versorgungskanäle 11, 12 voneinander abweichende Durchströmwiderstände auf, welches gemäß Fig. 1 beispielsweise durch verschiedene Querschnittsflächen erzielt wird.

Des weiteren können diese Versorgungskanäle 11, 12 bezüglich ihrer relativen Lage zur Ausnehmung 9, bezüglich ihrer Anzahl und/oder ihrer geometrischen Gestaltung an ihren Austrittsöffnungen verändert werden. Verschiedene Ausführungen hierzu sind in den Fig. 3a bis 3c bzw. 4a bis 4c gezeigt. Fig. 3 zeigt hierbei jeweils den Längskanal 10 der Innenwelle 1, einen der Versorgungskanäle 11, 12, deren Austrittsöffnungen 14 in die Ausnehmung 9 sowie den hier zylindrisch ausgebildeten Anschlag 8, welcher gemeinsam mit der Innenwelle 1 zwischen Anschlagflächen 15, 16 der Ausnehmung 9 bewegbar ist.

Um auch bei erhöhten Drehzahlen in dem zur Verfügung stehenden kurzen Zeitraum die Ausnehmung 9 einwandfrei mit dämpfendem Öl füllen zu können, darf eine bestimmte Größe der Austrittsöffnung 14 nicht unterschritten werden.

Andererseits sollte der Weg in Umfangsrichtung, den die Anschlagfläche 15 bis zum vollständigen Verschließen der Austrittsöffnung 14 zurücklegt möglichst kurz sein, um auch für hohe Drehzahlen eine gedämpfte Verschwenkung zu erzielen. Die Dämpfung setzt hierbei nicht vor Schließen der Austrittsöffnungen 14 ein, wobei sich in höheren Drehzahlbereichen die Anschlagfläche 15 relativ zur Innenwelle 1 nur geringfügig bewegt.

Diese gegenläufigen Anforderungen bezüglich Größe der Austrittsöffnungen 14 und zur Verfügung stehender Zeitspanne können beispielsweise gemäß Fig. 3b und 4b durch eine zueinander paralelle Anordnung mehrerer Versorgungskanäle erfüllt werden. Gemäß Fig. 3c und 4c kann der Versorgungskanal 11, welcher bei Anlage des Anschlages 8 an der Anschlagfläche 16 keine oder nur eine geringe Überdeckung mit der Ausnehmung 9 aufweist, in eine Nut 17 einmünden, welche sich nur geringfügig in Längsrichtung der Ausnehmung 9 erstreckt, aber eine ausreichende Austrittsfläche zur Verfügung stellt.

Um ein zu abruptes, stoßartiges Einsetzen der Dämpfung beim völligen Verschließen der Austrittsöffnung 14 zu vermeiden, kann an diese gemäß Fig. 3a und 4a ein in Um­ fangsrichtung spitz auslaufender Mikrokanal 18 angeformt sein.

Zur weiteren Beeinflussung der Dämpfung kann gemäß Fig. 2, welche gegenüber Fig. 1 eine in Pfeilrichtung gedrehte Nockenscheibe 5 beim Ablaufen vom Tassenstößel 3 zeigt, in einem oder in beiden Versorgungskanälen 11, 12 ein Rückschlagventil 19 ange­ ordnet sein. Des weiteren können zusätzlich im Anschlag 8 den Teilnockenelementen 2a, 2b zugeordnete Drosselbohrungen 20 mit definiertem Querschnitt angeordnet sein. Mit Hilfe der Rückschlagventile 19, welche in vorteilhafter Weise als Kugelventile ausgebildet sind, ist ein vergleichsweise schneller Dämpfungsbeginn realisierbar, denn bei der geringsten Relativbewegung des Nockenelementes 2 wird die Kugel infolge des nachlassenden Öldruckes dazu veranlaßt zu schließen.

Des weiteren kann über die konstruktive Gestaltung des Rückschlagventiles 19 Einfluß auf die erzielbare Dämpfungscharakteristik ausgeübt werden. Beispielsweise weist eine Teflonkugel eine geringere Trägheit als eine Stahlkugel auf, wodurch wiederum eine schnellere Schließbewegung erzielbar ist. Schnelles Schließen ist weiterhin über einen vergleichsweise kurzen Weg der Kugel erzielbar, welche gegebenenfalls federunterstützt angeordnet sein kann.

Stellt sich infolge der vorgenannten Maßnahmen bezüglich Kugelmasse, Federunter­ stützung und Schließweg in bestimmten Drehzahlbereichen eine zu steife Dämpfung ein, kann das Rückschlagventil 19 zusätzlich mit einem in seiner Wirkung mit der Drossel­ bohrung 20 vergleichbaren Bypaß 21 versehen sein.

Während bei der Lösung mit Drosselbohrung 20 im Anschlag 8 die durch gesetzte Öl­ menge für den Druckölkreislauf als Leckageöl verloren ist und insofern einen erhöhten Leistungsbedarf an die Ölpumpe stellt, ist mit dem vorgenannten Bypaß 21 eine vom Gesamtwirkungsgrad her günstigere Lösung möglich, da durch diesen zurückgescho­ benes Drucköl dem Druckölkreislauf erneut zugeführt wird. Dieser Bypaß 21 kann in Abweichung von Fig. 2 irgendwo zwischen Ausnehmung 9 und Längskanal 10 ange­ ordnet sein. Die relative Lage eines solchen Bypaßes 21 zur Ausnehmung 9 bestimmt hierbei den Dämpfungscharakter. Eine Anordnung in Nähe des Anschlages 8 hat den Vorteil, daß bei der Befüllung der Ausnehmung 9 der Ölvolumenstrom zusätzlich durch diesen Bypaß 21 zugeführt wird, was die Rückstellbewegung des Nockenelementes 2 in seine Ausgangsposition unterstützt.

Bei einer Anordnung entfernt vom Anschlag 8 wird vorzugsweise die Dämpfung zu höheren Drehzahlen hin verringert.

Im Betrieb der vorbeschriebenen Nockenanordnung laufen beide Nockenscheiben 4, 5 in der in Fig. 2 angegebenen Drehrichtung synchron auf ihre zugeordneten Tassenstößel 3 auf, wobei der mit der antreibenden Innenwelle 1 fest verbundene Anschlag 8 an der korrespondierenden Anschlagfläche 16 der Nockenscheiben 4, 5 anliegt. Beim Ablaufen der Nockenscheiben 4, 5, in Fig. 2 gezeigt, drückt die nicht gezeigte Ventilfeder den jeweiligen Tassenstößel 3 nach oben, wodurch kurzzeitig die Winkelgeschwindigkeit der Nockenscheiben 4, 5 von der der Innenwelle 1 abweicht und der Anschlag 8 die Aus­ nehmung 9 drehzahlabhängig maximal bis zum Erreichen der gegenüberliegenden An­ schlagfläche 15 durchläuft.

Aufgrund der vorbeschriebenen Maßnahmen in Form der unterschiedlichen Versorgungs­ kanäle 11, 12, des Rückschlagventiles 19, der Drosselbohrung 20, des Bypasses 21 und der unterschiedlichen axialen Erstreckung der Teilnockenelemente 2a, 2b ist ein unterschiedliches Dämpfungsverhalten dieser Elemente einstellbar. Infolge dessen stellen sich voneinander verschiedene Schließflanken bei den von den Nockenscheiben 4 bzw. 5 betätigten Gaswechselventilen ein.

Es sei daraufhin gewiesen, daß der axiale Zusammenhalt des eine Baueinheit darstellen­ den Nockenelementes 2 in Abweichung von Fig. 1, dort mittels Sicherungshülsen 22, 23, auch durch z. B. eine überlappende Anordnung der den beiden Teilnockenelementen 2a, 2b zugeordneten Teile des Trägerelementes 6 bewerkstelligt werden kann. Hierbei kann beispielsweise der eine Abschnitt des Trägerelementes 6 den anderen übergreifen und formschlüssig, aber eine Rotation zulassend, in diesen eingreifen.

Claims (10)

1. Nockenanordnung für eine Brennkraftmaschine, mit einer aus einer Innen-welle (1) und darauf angeordneten Nockenelementen (2) gebildeten Nocken welle zur periodischen Betätigung von Gaswechselventilen, wobei jedes Nockenelement (2) mindestens zwei axial beabstandet zueinander angeordnete Nockenscheiben (4, 5) und ein diese tragendes hülsenförmiges Trägerelement (6) mit einer durchgehenden, hohlzylindrischen Aufnahme (7) zu koaxialen Lagerung auf der Innenwelle (1) aufweist, und dieses Nockenelement (2) begrenzt verschwenkbar auf der Innen welle (1) gehalten ist, wobei ein zwischen Nockenelement (2) und Innenwelle (1) wirksamer Anschlag (8) den Schwenkbereich begrenzt und zu diesem Zweck in eine ölgefüllte Ausnehmung (9) des Nockenelementes (2) eingreift, dadurch gekennzeichnet, daß das Nockenelement (2) in axialer Richtung geteilt aus­ geführt ist, wobei jedes dadurch gebildete Teilnockenelement (2a, 2b) mindestens eine Nockenscheibe (3, 4) trägt und unabhängig vom jeweils anderen Teilnocken­ element (2b, 2a) begrenzt verschwenkbar ist.

2. Nockenanordnung nach Anspruch 1, mit einem druckölführenden Längskanal (100) in der Innenwelle (1) und davon radial abzweigenden Versorgungskanälen (11, 12) welche in die Ausnehmung (9) münden, dadurch gekennzeichnet, daß für die Teil­ nockenelemente (2a, 2b) mindestens jeweils ein Versorgungskanal (11, 12) angeordnet ist, welche voneinander abweichende Durchströmwiderstände aufweisen.

3. Nockenanordnung nach Anspruch 1 oder Anspruch 2, dadurch gekennzeichnet, daß die axiale Erstreckung der Teilnockenelemente (2a, 2b) voneinander verschieden ist.

4. Nockenanordnung nach Anspruch 2 oder Anspruch 3, dadurch gekennzeichnet, daß im Bereich der Teilung des Nockenelementes (2) ein die Ausnehmungen (9) der Teilnockenelemente (2a, 2b) voneinander öldicht trennender, die Innenwelle (1) koaxial umgebender Dichtring (13) angeordnet ist.

5. Nockenanordnung nach Anspruch 2 oder Anspruch 3, sofern dieser auf Anspruch 2 zurückbezogen ist, dadurch gekennzeichnet, daß die Versorgungskanäle (11, 12) voneinander verschiedene Querschnittsflächen aufweisen.

6. Nockenanordnung nach Anspruch 2 oder Anspruch 3, sofern dieser auf Anspruch 2 zurückbezogen ist, dadurch gekennzeichnet, daß die Versorgungskanäle (11, 12) voneinander verschiedene Austrittsöffnungen (14) aufweisen.

7. Nockenanordnung nach Anspruch 2 oder Anspruch 3, sofern dieser auf Anspruch 2 zurückbezogen ist, dadurch gekennzeichnet, daß den Teilnockenelementen (2a, 2b) eine voneinander verschiedene Anzahl von Versorgungskanälen (11, 12) zugeordnet ist.

8. Nockenanordnung nach Anspruch 2 oder Anspruch 3, sofern dieser auf Anspruch 2, zurückbezogen ist, dadurch gekennzeichnet, daß zumindest einer der Versorgungs­ kanäle (11, 12) ein Rückschlagventil (19) aufweist.

9. Nockenanordnung nach einem oder mehreren der vorhergehenden Ansprüche, dadurch gekennzeichnet, daß die Teilnockenelemente (2a, 2b) eine voneinander abweichende Anzahl von Nockenscheiben (4, 5) tragen.

10. Nockenanordnung nach einem oder mehreren der vorhergehenden Ansprüche, dadurch gekennzeichnet, daß das Nockenelement (2) in axialer Richtung mehrfach geteilt ausgeführt ist.