DE19708485A1 - Drehwinkel-Verstellsystem für gesonderte Einlaß- und Auslaß-Nockenwellen einer Brennkraftmaschine - Google Patents
Drehwinkel-Verstellsystem für gesonderte Einlaß- und Auslaß-Nockenwellen einer BrennkraftmaschineInfo
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- F01L1/34403—Valve-gear or valve arrangements, e.g. lift-valve gear characterised by the provision of means for changing the timing of the valves without changing the duration of opening and without affecting the magnitude of the valve lift changing the angular relationship between crankshaft and camshaft, e.g. using helicoidal gear using helically teethed sleeve or gear moving axially between crankshaft and camshaft
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Description
Die Erfindung bezieht sich auf ein Drehwinkel-Verstellsystem für gesonderte Ein
laß- und Auslaß-Nockenwellen einer Brennkraftmaschine gemäß der im Ober
begriff des Patentanspruches 1 beschriebenen Bauart.
Ein gattungsgemäßes Drehwinkel-Verstellsystem ist an einem Serienmotor ver
wirklicht, wobei das bekannte Verstellsystem prinzipiell auf dem Gegenstand der
europäischen Patentschrift EP 0 416 463 B beruht, wobei für die Einlaß-Nocken
welle eine in der europäischen Patentschrift EP 0 245 791 B vorgeschlagene Ver
stellvorrichtung zum Einsatz kommt und für die Auslaß-Nockenwelle eine Verstell
vorrichtung gemäß dem europäischen Patent EP 0 500 540 B. Letztgenannte Ver
stellvorrichtung ist mit einer Radialkolbenpumpe kombiniert zur Versorgung beider
Verstellvorrichtungen, wobei die als Hochdruckpumpe dienende Radialkolben
pumpe aus einem Verbraucher des Schmiersystems der Brennkraftmaschine mit
Schmieröl als Druckmedium versorgt ist.
Beide vorgenannten Verstellvorrichtungen umfassen wellenseitig angeordnete
Verstellanordnungen mit mehrfach verzahnten, baugleich ausgebildeten Koppel
gliedern zwischen der jeweiligen Nockenwelle und dem zugeordneten Antriebsrad,
wobei über eine Axialverlagerung des Koppelgliedes eine Drehwinkelverstellung
zwischen Antriebsrad und Nockenwelle erzielt ist. Bei unwirksamer hydraulischer
Steuerung/Regelung der Verstellvorrichtungen ergeben sich bei laufender Brenn
kraftmaschine durch die Reibmomente an den beiden Nockenwellen über die dabei
axial verlagerbaren Koppelglieder nach "spät" verstellte Nockenwellen. Diese
"Spät-Stellung" ist bei der Einlaß-Nockenwelle aus verschiedenen Gründen er
wünscht. Dagegen ist an der Auslaß-Nockenwelle aus verschiedenen Gründen
eine "Früh-Stellung" erforderlich, die bei baugleich mit gleichen Steigungsrich
tungen der Verzahnungen ausgeführten Koppelgliedern durch zusätzliche Maß
nahmen zu erreichen ist.
Bei dem bekannten Drehwinkel-Verstellsystem mit Hochdruck-Steuerung/Regelung
ist diese Maßnahme durch ein in der entsprechenden Betätigungsanordnung am
Abfließen verhindertes Schmieröl-Polster erreicht.
Der Erfindung liegt die Aufgabe zugrunde, ein gattungsgemäßes Drehwinkel-Ver
stellsystem bei einfachem Aufbau für einen Niederdruck-Betrieb auszubilden.
Diese Aufgabe ist mit dem Patentanspruch 1 gelöst, wobei die hydraulischen Be
tätigungsanordnungen voneinander unabhängig mit einer zum Schmiersystem der
Brennkraftmaschine parallel angeordneten Schmierölversorgung in mediums
führender Verbindung stehen, und ein förderseitig pumpennah gewählter System
druck im wesentlichen ungedrosselt voneinander unabhängigen, stufenlosen
Regelungen der jeweiligen Drehwinkelstellungen der Einlaß-Nockenwelle sowie der
Auslaß-Nockenwelle in jeweiliger Relation zu einer antreibenden Kurbelwelle der
Brennkraftmaschine dient, und daß die der Auslaß-Nockenwelle zugeordnete
"Früh-Stellungs"-Einrichtung als eine vorgespannt angeordnete Feder gestaltet ist.
Der Vorteil der Erfindung ist insbesondere in der Vermeidung aufwendiger Hydrau
lik-Hochdruckelemente für das Drehwinkel-Verstellsystem zu sehen.
In Ausgestaltung der Erfindung ist der Aufbau des Drehwinkel-Verstellsystems
weiter dadurch vereinfacht, daß neben den baugleich ausgebildeten Koppelglie
dern auch bauartgleiche Mehrwege-Magnetventile Verwendung finden, wobei
diese in einem stromlosen Zustand einen vorhandenen Systemdruck derart
steuern, daß bei der Einlaß-Nockenwelle deren "Spät-Stellung" und bei der Auslaß-
Nockenwelle deren durch eine vorgespannte Druckfeder sichergestellte "Früh-
Stellung" unterstützt ist.
Der erfindungsgemäß angestrebte einfache Aufbau des Drehwinkel-Verstell
systems ist weiter dadurch gefördert, daß die Schmierölversorgung einerseits mit
dem Schmiersystem der Brennkraftmaschine stromab benachbart eines Ölfilters in
Verbindung steht und andererseits mit einem für beide Magnetventile gemein
samen Verteilkanal in einem Gehäusedeckel, wobei ein jedem Magnetventil zuge
ordneter Schmieröl-Rücklaufkanal in einen Antriebsschacht der beiden Nocken
wellen frei mündet.
Um das erfindungsgemäße Niederdruck-Drehwinkel-Verstellsystem bei einem Start
der Brennkraftmaschine durch Vermeiden des Verlustes an Schmieröl rasch akti
vieren zu können wird des weiteren vorgeschlagen, daß bei schräger Einbaulage
der Brennkraftmaschine die geodätisch höher angeordnete Betätigungsanordnung
der Einlaß-Nockenwelle einen im höchsten Kammerbereich der für die "Spät-Stel
lung" wirksamen Verstellkolben-Seite mündenden Steuerkanal aufweist, wobei
Schmieröl im Verteilkanal bei stromlosen Magnetventilen der geodätisch niedriger
angeordneten Betätigungsanordnung der Auslaß-Nockenwelle zufließt in deren die
"Früh-Stellungs"-Feder" aufnehmenden Kammerteil. Die auch hieraus wieder er
kennbar bevorzugte Beaufschlagung zur Unterstützung der "Spät-Stellung" der
Einlaß-Nockenwelle einerseits und der "Früh-Stellung" der Auslaß-Nockenwelle
andererseits dient dem Erreichen einer bei Start- und Leerlaufdrehzahl kleinen
Ventilüberschneidung zur Erzielung einer hohen Abgasqualität.
Die Erfindung ist anhand eines in den Zeichnungen dargestellten Ausführungsbei
spiels beschrieben. Es zeigt
Fig. 1 das erfindungsgemäße Drehwinkel-Verstellsystem für eine Einlaß-
und Auslaß-Nockenwelle im Schnitt,
Fig. 2 das Drehwinkel-Verstellsystem in Einbaulage einer nicht näher ge
zeigten Brennkraftmaschine.
Ein Drehwinkel-Verstellsystem 1 für eine Einlaß-Nockenwelle 2 und eine geson
derte Auslaß-Nockenwelle 3 einer nicht näher gezeigten Brennkraftmaschine 4
umfaßt gesonderte Vorrichtungen 5, 6 zur relativen Drehwinkel-Verstellung der
jeweiligen Nockenwelle 2, 3 zu einem jeweiligen Antriebsrad 7, 8. Jede Vorrichtung
5, 6 weist eine an einem Gehäusedeckel 9 eines Maschinengehäuses vorge
sehene hydraulische Betätigungsanordnung 10, 11 auf zur gesteuert/geregelt
axialen Verlagerung eines mehrfach verzahnten Koppelgliedes 12, 12' zwischen
Antriebsrad 7 bzw. 8 und Nockenwelle 2 bzw. 3 einer wellenseitig angeordneten
Verstellanordnung 13 bzw. 14. Zur Vereinfachung des Aufbaues des Drehwinkel-
Verstellsystems 1 sind die Koppelglieder 12, 12' der gesonderten Verstell
anordnungen 13, 14 baugleich ausgebildet mit in bezug auf die Drehachsen der
Nockenwellen 2, 3 gleichgerichteten Steigungen der Verzahnungen.
Bei laufender Brennkraftmaschine 4 und unwirksamen hydraulischen Betätigungs
anordnungen 10, 11 ergeben sich für die gleichsinnig drehenden Nockenwellen 2
und 3 aufgrund deren Reibmomente mit dem Ventiltrieb eine "Spät-Stellung", die
für die Einlaß-Nockenwelle 2 erwünscht ist und durch das axial mit dem Verstell
kolben 15 der Betätigungsanordnung 10 auf Anschlag verlagerte Koppelglied 12
begrenzt ist. Einer für minimale Ventilüberschneidung bei Start- und Leerlauf der
Brennkraftmaschine 4 nachteiligen "Spät-Stellung" der Auslaß-Nockenwelle wird
durch eine zusätzliche Einrichtung 16 begegnet, die einer dem Koppelglied 12 der
Einlaß-Nockenwelle 2 gleichgerichtete Verlagerung des Koppelgliedes 12' der
Auslaß-Nockenwelle 3 entgegenwirkt zur Erzielung einer "Früh-Stellung".
Zur erfindungsgemäßen Ausgestaltung des Drehwinkel-Verstellsystems 1 in einem
einfachen Aufbau für einen Niederdruck-Betrieb stehen die hydraulischen Betäti
gungsanordnungen 10 und 11 voneinander unabhängig mit einer zum nicht
gezeigten Schmiersystem der Brennkraftmaschine 4 parallel angeordneten
Schmierölversorgung 17 in mediumsführender Verbindung, wobei ein förderseitig
pumpennah gewählter Systemdruck im wesentlichen ungedrosselt voneinander
unabhängigen, stufenlosen Regelungen der jeweiligen Drehwinkelstellungen der
Einlaß-Nockenwelle 2 sowie der Auslaß-Nockenwelle 3 in jeweiliger Relation zu
einer nicht dargestellten, antreibenden Kurbelwelle der Brennkraftmaschine 4
dient. Der erfindungsgemäß einfache Aufbau des Drehwinkel-Verstellsystems 1 ist
weiter dadurch gefördert, daß die der Auslaß-Nockenwelle 3 zugeordnete "Früh-
Stellungs"-Einrichtung 16 als eine vorgespannt angeordnete Feder 18 gestaltet ist,
die aus Gründen einer einfachen Anordnung als Druckfeder ausgebildet ist.
In weiterer Ausgestaltung des Drehwinkel-Verstellsystems 1 umfassen die Betäti
gungsanordnungen 10, 11 in dem gemeinsame Gehäusedeckel 9 entsprechend
dem Abstand zwischen der Einlaß- und der Auslaß-Nockenwelle 2, 3 angeordnete
Kammern 19, 20 zur Aufnahme beidseitig hydraulisch beaufschlagter Verstell
kolben 15, 21 zur Betätigung der vorzugsweise über als Axial-Nadellager gestalte
ten Gelenke 22 verbundenen Koppelglieder 12, 12'. Mit den als Axial-Nadellager
gestalteten Gelenken 22 werden in vorteilhaft einfacher Weise Bauteiltoleranzen
der Kammern 19, 20 relativ zu den Drehachsen der Nockenwellen 2 und 3 ausge
glichen. Zur weiteren Unterstützung des Drehwinkel-Verstellsystems 1 sind den
Betätigungsanordnungen 10, 11 am Gehäusedeckel 9 mit kammerseitig münden
den Steuerkanälen 23, 24 und 23', 24' verbundene Aufnahmen 25, 26 für bauart
gleiche 4-/3-Wege-Magnetventile 27, 28 zugeordnet, die im stromlosen Zustand
der Schaltmagnete einlaßnockenwellenseitig eine die "Spät-Stellung" unter
stützende Beaufschlagung des Verstellkolbens 15 und auslaßnockenseitig eine die
"Früh-Stellungs"-Feder 18 unterstützende Beaufschlagung des anderen Verstell
kolbens 21 bewirken.
Zur Sicherstellung der Versorgung der Schmierstellen im Schmiersystem der
Brennkraftmaschine 4 steht die Schmierölversorgung 17 des Drehwinkel-Verstell
systems 1 einerseits mit dem Schmiersystem der Brennkraftmaschine 4 stromab
benachbart eines Ölfilters in Verbindung und andererseits mit einem für beide
Magnetventile 27, 28 gemeinsamen Verteilkanal 29 im Gehäusedeckel 9, wobei
zur raschen Rückführung von Schmieröl in den Schmierölsumpf der Brennkraft
maschine 4 ein jedem Magnetventil 27, 28 zugeordneter Schmieröl-Rücklaufkanal
30, 31 in einen Antriebsschacht 32 der beiden Nockenwellen 2, 3 frei mündet.
Ein nachteiliges Leerlaufen des Drehwinkel-Verstellsystems 1 bei Stillstand der in
schräger Einbaulage vorgesehenen Brennkraftmaschine 4 gemäß Fig. 2 weist die
geodätisch höher angeordnete Betätigungsanordnung 10 der Einlaß-Nockenwelle
2 einen im höchsten Bereich der Kammer 19 der für die "Spät-Stellung" wirksamen
Seite des Verstellkolbens 15 mündenden Steuerkanal 23 auf, wobei Schmieröl im
Verteilkanal 29 bei stromlosen Magnetventilen 27, 28 der geodätisch niedriger an
geordneten Betätigungsanordnung 11 der Auslaß-Nockenwelle 3 zufließt in deren
die "Früh-Stellungs"-Feder 18 aufnehmenden Teil der Kammer 20.
Claims (4)
1. Drehwinkel-Verstellsystem für gesonderte Einlaß- und Auslaß-Nocken
wellen einer Brennkraftmaschine
- - mit gesonderten Vorrichtungen (5, 6) zur relativen Drehwinkel-Ver stellung der jeweiligen Nockenwellen (2, 3) zu einem jeweiligen An triebsrad (7, 8), wobei
- - jede Vorrichtung (5, 6) eine am Maschinengehäuse (Gehäusedeckel 9) vorgesehene hydraulische Betätigungsanordnung (10, 11) zur gesteuert/geregelt axialen Verlagerung eines mehrfach verzahnten Koppelgliedes (12, 12') zwischen Antriebsrad (7, 8) und Nockenwelle (2, 3) einer wellenseitig angeordneten Verstellanordnung (13, 14) umfaßt, und
- - daß ferner die Koppelglieder (12, 12') der gesonderten Ver stellanordnungen (13, 14) baugleich ausgebildet sind und ferner bei unwirksamen Betätigungsanordnungen (10, 11) drehzahlabhängig an der Einlaß-Nockenwelle (2) eine "Spät-Stellung" und an der Aus laß-Nockenwelle (3) mittels einer Einrichtung (16) eine "Früh- Stellung" bewirkt ist, dadurch gekennzeichnet,
- - daß die hydraulischen Betätigungsanordnungen (10, 11) von einander unabhängig mit einer zum Schmiersystem der Brenn kraftmaschine (4) parallel angeordneten Schmierölversorgung (17) in mediumsführender Verbindung stehen, wobei
- - ein förderseitig pumpennah gewählter Systemdruck im wesentlichen ungedrosselt voneinander unabhängigen, stufenlosen Regelungen der jeweiligen Drehwinkelstellungen der Einlaß-Nockenwelle (2) sowie der Auslaß-Nockenwelle (3) in jeweiliger Relation zu einer an treibenden Kurbelwelle der Brennkraftmaschine (4) dient, und
- - daß die der Auslaß-Nockenwelle (3) zugeordnete "Früh-Stellungs"- Einrichtung (16) als eine vorgespannt angeordnete Feder (Druckfeder 18) gestaltet ist.
2. Drehwinkel-Verstellsystem nach Anspruch 1, dadurch gekennzeichnet
- - daß die Betätigungsanordnungen (10, 11) in einem gemeinsamen Gehäusedeckel (9) entsprechend dem Abstand zwischen der Einlaß- und der Auslaß-Nockenwelle (2, 3) angeordnete Kammern (19, 20) umfassen zur Aufnahme beidseitig hydraulisch beaufschlagter Ver stellkolben (15, 21) zur Betätigung der über Gelenke (22, Axial-Na dellager) verbundenen Koppelglieder (12, 12'), wobei
- - den Betätigungsanordnungen (10, 11) am Gehäusedeckel (9) mit kammerseitig mündenden Steuerkanälen (23, 24; 23', 24') verbun dene Aufnahmen (25, 26) für bauartgleiche 4/3-Wege-Magnetventile (27, 28) zugeordnet sind, die
- - im stromlosen Zustand der Schaltmagnete einlaßnockenwellenseitig eine die "Spät-Stellung" unterstützende Beaufschlagung des Ver stellkolbens (15) und auslaßnockenwellenseitig eine die "Früh- Stellung"-Feder (18) unterstützende Beaufschlagung des anderen Verstellkolbens (21) bewirken.
3. Drehwinkel-Verstellsystem nach Anspruch 1 und 2, dadurch gekennzeich
net,
- - daß die Schmierölversorgung (17) einerseits mit dem Schmiersystem der Brennkraftmaschine (4) stromab benachbart eines Ölfilters in Verbindung steht, und
- - andererseits mit einem für beide Magnetventile (27, 28) gemein samen Verteil-Kanal (29) im Gehäusedeckel (9), wobei
- - ein jedem Magnetventil (27, 28) zugeordneter Schmieröl-Rücklauf kanal (30, 31) in einen Antriebsschacht (32) der beiden Nocken wellen (2, 3) frei mündet.
4. Drehwinkel-Verstellsystem nach den Ansprüchen 1 bis 3, dadurch gekenn
zeichnet,
- - daß bei schräger Einbaulage der Brennkraftmaschine (4) die geo dätisch höher angeordnete Betätigungsanordnung (10) der Einlaß- Nockenwelle (2) einen im höchsten Bereich der Kammer (19) der für die "Spät-Stellung" wirksamen Seite des Verstellkolbens (15) mün denden Steuerkanal (23) aufweist, wobei
- - Schmieröl im Verteilkanal (29) bei stromlosen Magnetventilen (27, 28) der geodätisch niedriger angeordneten Betätigungsanordnung (11) der Auslaß-Nockenwelle (3) zufließt in deren die "Früh- Stellungs"-Feder (18) aufnehmenden Teil der Kammer (20).
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