DE19720899A1 - Nockenwellenanordnung mit zumindest einem bezüglich einer Welle begrenzt schwenkbaren Nocken - Google Patents

Description

Die Erfindung betrifft eine Nockenwellenanordnung, insbesondere zur Betätigung von Ladungswechselventilen einer Brennkraftmaschine, insbesondere in einem Kraftfahrzeug, mit einer Welle und wenigstens einem von dieser Welle getragenen Nocken, der relativ zur Welle in einem vorbestimmten Winkelbereich schwenkbar ist.

Bei der Steuerung von Ventilen, insbesondere von Ladungswechselventilen einer Brennkraftmaschine mit starren Nocken auf einer Nockenwelle ist das Problem bekannt, daß die Ventilsteuerung nur eine, von der starren Nockenanordnung bestimmte feste Phasenbeziehung zuläßt, obwohl die optimale Phasenbeziehung drehzahlabhängig variabel ist. Dies führt dazu, daß die Ventilsteuerung durch die starre Nockenanordnung einen Kompromiß für einen weiten Drehzahlbereich von beispielsweise 800 bis 8000 U/min darstellt. Eine angepaßte Ventilsteuerzeit für unterschiedliche Lastzustände ist daher nicht möglich.

Zur Lösung dieses Problems beschreiben die DE-PS 32 34 640, die DE-OS 41 00 087 und die DE-OS 43 22 246 Nockenwellenanordnungen für Ladungswechselventile von Brenn­ kraftmaschinen, bei denen durch eine begrenzte Schwenkbarkeit der Nocken relativ zu der sie tragenden Welle durch Verlagerung des Ventilschließpunktes bei hohen Drehzahlen der Maschine eine relativ breite Ventilhubkurve, dagegen bei niedrigen Drehzahlen eine relativ schmale Ventilhubkurve erzeugt wird.

Zur Vermeidung von unkontrollierten Schwingungen bzw. Schwenkbewegungen der schwenkbaren Nocken, die zu einer sofortigen Zerstörung der Maschine führen würden, ist in dem oben beschriebenen System eine Rückstellfeder vorgesehen, die die schwenkbaren Nocken nach der Auslenkung bezüglich der Welle jeweils in eine definierte Grundposition zurückschwenkt. Diese Anordnung mit Rückstellfeder hat jedoch den Nachteil, daß durch die aufzubringenden Federspannkräfte Energie für diese Nockenrückführung verbraucht wird.

Der vorliegenden Erfindung liegt daher die Aufgabe zugrunde, eine oben beschriebene Nockenwellenanordnung zur Verfügung zu stellen, bei der eine gegen die Drehrichtung der Nockenwelle gerichtete Rückstellkraft für einzeln verschwenkbare Nocken aufgebracht wird, ohne dabei wesentliche Verlustleistungen zu erzeugen.

Diese Aufgabe wird erfindungsgemäß bei einer Nockenwellenanordnung der eingangs genannten Art mit den kennzeichnenden Merkmalen des Anspruchs 1 gelöst.

Diese Anordnung hat den Vorteil, daß eine Rückstellfeder entbehrlich ist und daher sowohl eine einfachere und kostengünstigere Montage der Nockenwellenanordnung als auch ein verlustleistungsarmer Betrieb möglich ist.

Durch das Vorsehen eines Schlauchelements einer Schlauchpumpe oder eines Rollen­ hebels einer mechanischen Pumpe, insbesondere einer Membranpumpe, als mechanisches Dämpfungselement wird in vorteilhafter Weise die für die Rückstellkraft der wenigstens einen schwenkbaren Nocke aufgewendete Energie für das Fördern eines Mediums nutzbar: Insbesondere die Anordnung mit einer Schlauchpumpe hat ferner den Vorteil, daß Schlauchpumpen ein sehr niedriges Geräuschniveau haben.

In besonders vorteilhafter Weise ist die von der wenigstens einen schwenkbaren Nocke angetriebene Pumpe eine Ölpumpe, eine Wasserpumpe oder eine Kraftstoffpumpe. Hierbei können diese Pumpen je nach Bedarf unterschiedliche Medien fördern, oder zum Zwecke einergleichmäßigeren Förderung alle dasselbe Medium.

Weitere Merkmale, Vorteile und vorteilhafte Ausgestaltungen der Erfindung ergeben sich aus den abhängigen Ansprüchen, sowie aus der nachstehenden Beschreibung einer Ausführungsform der Erfindung an Hand derbeigefügten Zeichnung. Diese zeigt eine erfindungsgemäße Nockenwellenanordnung mit einer Schlauchpumpe.

Die in der Figur dargestellte Ausführungsform ist mit einer Schwenkverbindung zwischen schwenkbarer Nocke 16 und Welle 14 gemäß der DE-OS 43 22 246 ausgerüstet. Die Schwenkverbindung enthält als wesentlichen Bestandteil einen als Walze ausgebildeten Mitnehmer 22, der von einer achsparallelen rinnenförmigen Vertiefung 24 in der Welle 14 abgestützt ist, wobei diese Abstützung Drehbewegungen zuläßt. Weiterhin umfaßt die Schwenkverbindung eine die Walze 22 aufnehmende, von einer zentralen Durchgangs­ öffnung 26 für die Welle 14 ausgehende Ausnehmung 28, die sich über den vorbestimmten Schwenkwinkelbereich erstreckt. Die Ausnehmung 28 steht über einen Querkanal 30 (oder mehrere axial nebeneinanderliegenden Querkanäle) in der Welle 14 in Strömungsver­ bindung mit einem Längskanal 32, der seinerseits mit einer Ölversorgung der Brennkraft­ maschine verbunden ist. Das Öl dient dabei als Dämpfungsflüssigkeit für die Relativbewe­ gung zwischen Nocke 16 und Welle 14.

Bei der Umdrehung der Nocke 16 im Uhrzeigersinn gemäß Pfeil 34 wirkt diese mit einer Nockenspitze 18 auf ein Ladungswechselventil 12 ein. Wenn die maximale Auslenkung des Ladungswechselventil 12 erreicht ist, wirkt eine Schließfeder (nicht dargestellt) auf die Nocke 16 ein und schwenkt diese, wie dargestellt, der Welle 14 vorlaufend aus. Dadurch erfolgt bei niedrigen Drehzahlen ein früheres Schließen des Ladungswechselventil 12 als dies bei einer starren Nocke der Fall wäre.

Um unkontrollierte Schwingungs- bzw. Schwenkbewegungen der Nocke 16 zu verhindern, muß diese nunmehr definiert, und gedämpft in einen Ausgangs- bzw. Grundzustand relativ zur Welle 14 zurückgeschwenkt werden, den die Nocke 16 vor dem Einwirken auf das Ladungswechselventil 12 hatte. Mit anderen Worten muß die Welle 14 die Nocke 16 wieder einholen, so daß die Walze 22 wieder an den Anschlag 36 in der Grundposition der Nocke 16 gelangt. Dadurch kann dann die Welle 14 über die Walze 22 die Nocke 16 wie der definiert in ihrer Drehung mitnehmen.

Diese Rückstellung erfolgt in der dargestellten Ausführungsform dann, wenn die Nocken­ spitze 18 auf ein Schlauchsegment 38 einer Schlauchpumpe einwirkt. Durch gestrichelte Linien sind verschiedene Positionen der Nockenspitze 18 beim Umlauf der Nocke 16 dargestellt. Daraus ist ersichtlich, daß das Schlauchsegment 38 der Schlauchpumpe derart am Umfang der Bewegungsbahn der Nockenspitze 18 angeordnet ist, daß letztere gerade das Schlauchsegment 38 mechanisch berührt. Die durch diese Berührung entstehende Reibung, sowie der Widerstand eines im Schlauchsegment befindlichen Mediums führen zu einer Rückstellkraft der Nocke 16 in ihre Grundposition, bevor diese das nächste mal auf das Ladungswechselventil 12 einwirkt.

Gleichzeitig sorgt die Bewegung der Nocke 16 für eine Förderung des Mediums 40 in dem Schlauchsegment 38 in Richtung des Pfeils 42.

Das Medium 40 kann Öl; Wasser: Kraftstoff oder Luft sein. Beispielsweise kann das Medium 40 Öl für einen zweiten Ölkreislauf, wie für die Dämpfölversorgung für das oben beschriebene Schwenksystem sein.

Die Förderung dieser Nockenwellenschlauchpumpe ist unregelmäßig, da bei jedem Umlauf der Nocke 16 eine gewisse, begrenzte Menge an Medium 40 vorwärts gefördert wird, wogegen das Medium 40 still steht, solange die Nockenspitze 18 nicht in das Schlauchseg­ ment eingreift. Dies läßt sich beispielsweise dadurch verbessern, daß mehrere Nocken 16, die versetzt beispielsweise für Ladungswechselventile 12 verschiedener Brennräume (Zylinder) zueinander laufen. Es ist jedoch auch möglich mit verschiedenen Nocken 16 über jeweilige Schlauchpumpen verschiedene Medien zu fördern.

Die Schlauchpumpe kann in jeder geeigneten Weise, wie bei Schlauchpumpen üblich, ausgeführt sein. Insbesondere ist am stromaufwärtigen Ende des Schlauchsegments ein nicht näher gezeigten Rückschlagventil 41 angeordnet. Des weiteren kann der Umschlin­ gungswinkel zwischen Nocken 16 und Schlauchsegment 38 dadurch vergrößert werden, daß in Abweichung von der Figur das stromabseitige Ende in etwa auf der gleichen gerdä­ tischen Höhe liegt wie der links gezeigte Zulauf. Hierdurch steigt das Fördervolumen und die Nocke 16 wird schwingungsunterdrückend spät vom Eingriff mit dem Schlauchsegment 38 gelöst.

Ein entscheidender Aspekt der Kombination einer schwenkbaren Nocke mit einer Pumpe liegt darin, daß die für die Rückstellkraft aufgewendete Energie nicht verloren ist, sondern zu Förderung eines Mediums 40 eingesetzt wird. Hierdurch verringert sich die Gesamtver­ lustleistung für betriebsnotwendige Anlagen, da an einer anderen Stelle wenigstens eine Pumpe eingespart werden kann. Diese zusätzliche Energie kann dann beispielsweise bei einer Brennkraftmaschine für ein Kraftfahrzeug für den eigentlichen Zweck, nämlich die Erzeugung kinetischer Energie des Kraftfahrzeuges verwendet werden.

Das Dämpfelement 20 sorgt im erfindungsgemäßen System dafür: daß die Nocke 16 ein­ wandfrei an der Mitnahmewalze 22 der Welle bzw. Nockenwelle 12 anliegt. Die bisher verwendete Feder kann damit entfallen.

Claims (6)

1. Nockenwellenanordnung, insbesondere zur Betätigung von Ladungswechselventilen (12) einer Brennkraftmaschine, insbesondere in einem Kraftfahrzeug, mit einer Welle (14) und wenigstens einem von dieser Welle getragenen Nocken (16), der relativ zur Welle (14) in einem vorbestimmten Winkelbereich schwenkbar ist, dadurch gekennzeichnet, daß am Umfang der Bewegungsbahn einer Nockenspitze (18) der wenigstens einen schwenkbaren Nocke (16) ein mechanisches Dämpfungselement (20) angeordnet ist, in das die Nockenspitze (18) eingreift.

2. Nockenwellenanordnung nach Anspruch 1, dadurch gekennzeichnet, daß das mechanische Dämpfungselement (20) ein Schlauchelement einer Schlauchpumpe ist.

3. Nockenwellenanordnung nach Anspruch 1, dadurch gekennzeichnet, daß das mechanische Dämpfungselement (20) ein Rollenhebel einer mechanischen Pumpe, insbesondere einer Membranpumpe ist.

4. Nockenwellenanordnung nach wenigstens einem der Ansprüche 2 oder 3, dadurch gekennzeichnet, daß die von der wenigstens einen schwenkbaren Nocke (16) angetriebene Pumpe eine Ölpumpe, eine Wasserpumpe, eine Kraftstoffpumpe oder eine Luftpumpe ist.

5. Nockenwellenanordnung nach wenigstens einem der Ansprüche 2 bis 4, dadurch gekennzeichnet, daß wenigstens zwei schwenkbare Nocken (16) vorgesehen sind, deren zugeordnete Pumpen das gleiche Medium oder unterschiedliche Medien fördern.

6. Nockenwellenanordnung nach wenigstens einem der Ansprüche 1 bis 5, dadurch gekennzeichnet, daß die Nocke (16) eine von der Welle (14) durchsetzte axiale Durchgangsöffnung (26) aufweist, wobei die Nockenwellenanordnung weiterhin eine den Winkelbereich definierende, einen Mitnehmer (22) an der Welle (14) und eine diesen mit Umfangs­ spiel aufnehmende, von der Durchgangsöffnung (26) ausgehende Ausnehmung 28 im Nocken (16) enthaltende Schwenkkopplung aufweist, deren Ausnehmung (28) eine Dämpfungsflüssigkeit enthält.