DE19708485A1 - Drehwinkel-Verstellsystem für gesonderte Einlaß- und Auslaß-Nockenwellen einer Brennkraftmaschine - Google Patents

Drehwinkel-Verstellsystem für gesonderte Einlaß- und Auslaß-Nockenwellen einer Brennkraftmaschine

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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
    • F01L1/34406—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 the helically teethed sleeve being located in the camshaft driving pulley

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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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