DE19825814A1

DE19825814A1 - Nockenwelle mit veränderlicher Nockensteuerung

Info

Publication number: DE19825814A1
Application number: DE1998125814
Authority: DE
Inventors: Louis V Orsini
Original assignee: Torrington Co
Current assignee: Timken US LLC
Priority date: 1997-06-09
Filing date: 1998-06-09
Publication date: 1998-12-10
Also published as: GB9811986D0; GB2327482A; JPH1163166A

Description

Die Erfindung bezieht sich allgemein auf Nockenwellen für Brennkraftmaschinen mit inne rer Verbrennung und insbesondere auf zusammengesetzte Nockenwellen mit intern ver änderlicher Nockensteuerung oder Nockenzeitsteuerung.

Verbrennungsmotoren erfordern eine unterschiedliche Ventilsteuerung bei hohen und niedri gen Geschwindigkeiten oder Drehzahlen, um mit optimaler Wirksamkein zu arbeiten. Tradi tionell wurde die Ventilsteuerung auf einen Ausgleichspunkt oder Mittelwert eingestellt, und die Zündzeitsteuerung wurde bei höheren Maschinendrehzahlen vorgestellt, um eine größere Wirksamkeit bei höheren Drehzahlen zu erreichen. Jedoch wurde zum Erzielen einer größeren Maschinenwirksamkeit eine veränderliche Ventilsteuerung entwickelt, um die Wirksamkeit der Verbrennung bei allen Motordrehzahlen zu maximieren. Dies wurde erreicht, indem man die Drehstellung der Nockenwelle zeitlich variierte, um die Flankenphase der Nocken zu ver stellen, um die Ventile entsprechend zu betätigen. Herkömmlicherweise wurde eine solche Variation erreicht, indem Phasensteuervorrichtungen an einem äußeren Ende der Nockenwelle angebracht wurden.

Jedoch sind solche Einheiten kompliziert und raumaufwendig, und sie beeinflussen wesentlich die gesamten Produktkosten und die Raumerfordernisse. Da darüber hinaus diese voluminösen und schweren Phasensteuereinheiten vorragend an dem einen Ende der Nockenwelle an geordnet sind, sind sie für ein Ausschlagen oder Ausleiern infolge der Rotation (Bildung einer Unwucht) anfällig. Solche Erscheinungen vermindern die Genauigkeit der Nocken- Zeitsteuerung und die Wirksamkeit der Verbrennung in dem Motor.

Aus dem vorstehenden ergeben sich Beschränkungen und Nachteile bekannter Nockenwellen mit veränderlicher Nockensteuerung. Durch die Erfindung soll daher eine Einrichtung ge schaffen werden, die diese Beschränkungen und Nachteile überwindet. Die Erfindung ist im wesentlichen in den Ansprüchen gekennzeichnet.

Gemäß einem Aspekt der Erfindung wird eine zusammengesetzte Nockenwelle mit ver änderlicher Nocken-Zeitsteuerung geschaffen, mit einer antreibbaren, vorzugsweise über ein Kettenrad antreibbaren Wellenanordnung, mit einer Anordnung aus einem Rohr und Nocken elementen und mit einer axial in bezug auf das Rohr und die Welle bewegbaren Einrichtung zum Veranlassen der Anordnung aus Rohr und Nockenelementen, sich relativ zu der Antriebs- und Wellenanordnung zu verdrehen, um die Nockenzeitsteuerung zu verändern, wobei schließlich eine Anordnung zur axialen Verlagerung der axial beweglichen Einrichtung vorgesehen ist.

Einzelheiten und Vorteile der Erfindung ergeben sich aus der folgenden Beschreibung eines Ausführungsbeispiels anhand der Zeichnung.

Fig. 1 ist eine schematische Längsschnittansicht eines Ausführungsbeispiels der erfindungs gemäßen Nockenwelle;

Fig. 2 ist eine schematische perspektivische Ansicht eines Teils der Nockenwelle, die mit einer Anordnung aus Antriebsbuchse und Kolben in Eingriff steht;

Fig. 3 ist eine perspektivische Ansicht der Anordnung aus Antriebsbuchse und Kolben; und

Fig. 4 ist eine perspektivische Schnittansicht der Anordnung aus Rohr und Nockenelementen.

In der Zeichnung ist eine zusammengesetzte Nockenwelle 100 veranschaulicht. Die Nocken welle 100 weist eine Anordnung aus einem hohlen Rohr mit Nockenelementen auf, die Nocken 25 längs eines Rohres 20 hat. Die Nockenwelle 100 weist ferner eine Anordnung aus einem Kettenrad 5 und einer Welle 10 sowie eine Anordnung 40 auf, die eine Antriebsbuchse 48 und einen Kolben 49 hat.

Die Welle 10 hat zwei Hülsen 17, die sie in dem Rohr 20 abstützen, zwei Axiallaufscheiben 18, die die Hülsen 17 axial halten, und einen Bolzen 7 oder ein anderes geeignetes Be festigungselement, das an dem Ende der Welle 10 befestigt ist, um die Anordnung zusam menzuhalten. Eine axiale Keilbahn an der Welle 10 weist einen Keil 13 auf, der gleitfähig in eine andere Keilbahn 43 an der inneren Oberfläche der Anordnung 40 aus Antriebsbuchse 48 und Kolben 49 eingreift, um eine relative Verdrehung zwischen der Antriebsbuchse 48 und der Welle 10 zu verhindern, während eine axiale Bewegung der Anordnung 40 aus Antriebs buchse und Kolben auf der Welle 10 zugelassen ist. Ein Gleitanschlagring 21 begrenzt den axialen Weg der Anordnung 40 aus Antriebsbuchse und Kolben in einer Richtung, während eine Druckleder 30 oder irgendeine andere mechanisch oder durch ein Fluid angetriebene Vorrichtung den Weg in der entgegengesetzten Richtung begrenzt und eine Kraft liefert, um die Anordnung 40 aus Antriebsbuchse 48 und Kolben 49 in ihre nicht verlagerte Stellung zurückzuführen. Die Anordnung 40 aus Antriebsbuchse und Kolben wird axial durch Einlaß von unter Druck stehendem Fluid durch eine Fluidzuführöffnung 22 in die innere zylindrische Bohrung des Rohres 20 verlagert. Das Fluid wirkt auf das Ende des Kolbens 49, um die Anordnung 40 aus Antriebsbuchse 48 und Kolben 49 gemäß Fig. 1 nach links zu treiben. Dichtungsringe 45 und 15 sind zwischen dem Kolben 49 und dem Rohr 20 bzw. der Welle 10 vorgesehen, um das unter Druck stehende Fluid innerhalb der zylindrischen Bohrung des Rohres 20 gegen das Ende des Kolbens zu halten. Eine Wellendichtung 11 ist auch an dem anderen Ende des Rohres 20 innerhalb der Hülse 17 vorgesehen.

Das Rohr 20 hat wendelförmige Nuten 27 an dem inneren Oberflächenteil, der die Anordnung 40 aus Antriebsbuchse 48 und Kolben 49 umgibt. Wendelförmige Keile 47 an der äußeren Oberfläche der Antriebsbuchse 48 greifen in die wendelförmigen Nuten 27 des Rohres 20 ein, um eine Verdrehung des Rohres 20 relativ zu der Antriebsbuchse 48 während einer axialen Verlagerung der Anordnung 40 aus Antriebsbuchse und Kolben zu verursachen. Dies ist die Einrichtung, durch welche erfindungsgemäß die Nockensteuerung variiert wird. Bei jeder Geschwindigkeit oder Drehzahl des Motors wird die axiale Stellung der Anordnung 40 aus Antriebsbuchse und Kolben so eingestellt, daß eine optimale Zeitsteuerung für die Nocken und die Ventile erreicht wird, und zwar allgemein durch ein computergesteuertes Verbren nungs-Regelventil, das den Fluiddruck an dem Einlaß 22 einstellt, um damit die axiale Stellung der Anordnung 40 aus Antriebsbuchse und Kolben einzustellen. Dies kann auch direkt durch den Öldruck des Motors erreicht werden, der von der Motordrehzahl oder -geschwindigkeit abhängig ist, oder durch irgendeinen von mehreren anderen Mechanismen.

Die Verlagerung der Anordnung 40 aus Antriebsbuchse 48 und Kolben 49 in der einen oder in der anderen Richtung kann durch den Fluiddruck oder durch mechanische oder elektro mechanische Einrichtungen erfolgen, um die Zeitsteuerung der Nocken und der Ventile kontinuierlich während des Betriebs der Maschine zu steuern. Die Erfindung vermindert in bedeutender Weise die Kompliziertheit bisheriger veränderlicher Nockensteuerungen bei Nockenwellen, während sie gleichzeitig eine kompakte Anordnung schafft.

Claims

1. Zusammengesetzte Nockenwelle mit veränderlicher Nockensteuerung, gekennzeichnet durch eine antreibbare Wellenanordnung (5, 10), eine Anordnung aus einem Rohr (20) und Nockenelementen (25), eine relativ zu dem Rohr (20) und zu der Welle (10) axial bewegbare Einrichtung (40), die bewirkt, daß sich die Anordnung aus Rohr (20) und Nockenelementen (25) relativ zu der antreibbaren Wellenanordnung (5, 10) verdreht, um die Nocken-Zeitsteuerung zu variieren, und eine Anordnung (21, 30) zum axialen Verlagern der axial bewegbaren Einrichtung (40).

2. Nockenwelle nach Anspruch 1, dadurch gekennzeichnet, daß die Einrichtung (40), die bewirkt, daß sich die Anordnung aus Rohr (20) und Nockenelementen (25) relativ zu der antreibbaren Wellenanordnung (5, 10) verdreht, eine axial verschiebbare Anordnung (40) aus Antriebsbuchse (48) und Kolben (49) aufweist, die radial zwischen der Welle (10) und dem Rohr (20) angeordnet ist, daß die Anordnung (40) aus Antriebsbuchse (48) und Kolben (49) und das Rohr (20) miteinander in Eingriff stehende Mittel (27, 47) zum Bewirken einer relativen Verdrehung zwischen der Anordnung (40) aus Antriebsbuchse (48) und Kolben (49) und dem Rohr (20) in Abhängigkeit von der axialen Verlagerung der Anordnung (40) aus Antriebsbuchse (48) und Kolben (49) aufweisen, daß die Anordnung (40) aus Antriebsbuchse (48) und Kolben (49) und die Welle (10) Mittel (13, 43) zum Verhindern einer relativen Verdrehung zwischen der Anordnung (40) aus Antriebsbuchse (48) und Kolben (49) und der Welle (10) während einer axialen Bewegung der Anordnung (40) aus Antriebsbuchse (48) und Kolben (49) aufweisen, und daß eine Anordnung (21, 30) zur axialen Verlagerung der Anordnung (40) aus Antriebsbuchse (48) und Kolben (49) zum Verändern der Nocken-Zeitsteue rung vorgesehen ist.

3. Nockenwelle nach Anspruch 2, dadurch gekennzeichnet, daß die Anordnung (21, 30) zur axialen Verlagerung der Anordnung (40) aus Antriebskolben (48) und Kolben (49) für die Veränderung der Nocken-Zeitsteuerung einen Einlaß (22) für den Eintritt von unter Druck stehendem Fluid aufweist, um einen inneren Abschnitt des Rohres (20) unter Druck zu setzen, um die Anordnung (40) aus Antriebsbuchse (48) und Kolben (49) axial zu verlagern.

4. Nockenwelle nach Anspruch 3, gekennzeichnet durch eine Einrichtung (30) zum Zurückführen der Anordnung (40) aus Antriebsbuchse (48) und Kolben (49) in eine nicht verlagerte Stellung, wenn der innere Abschnitt des Rohres (20) von Überdruck entlastet ist.

5. Nockenwelle nach Anspruch 4, dadurch gekennzeichnet, daß die Einrichtung (30) zum Zurückführen der Anordnung (40) aus Antriebsbuchse (48) und Kolben (49) in eine nicht verlagerte Stellung eine Druckfeder (30) aufweist, die innerhalb des Rohres (20) gegenüber der Anordnung (40) aus Antriebsbuchse (48) und Kolben (49) axial entgegengesetzt zu dem Einlaß (22) für den Eintritt des unter Druck stehenden Fluids angebracht ist.

6. Nockenwelle nach Anspruch 2, dadurch gekennzeichnet, daß die miteinander in Eingriff stehenden Mittel (27, 47) zum Verursachen einer relativen Verdrehung zwi schen der Anordnung (40) aus Antriebsbuchse (48) und Kolben (49) und dem Rohr (20) in Abhängigkeit von einer axialen Verlagerung dieser Anordnung (40) wendelförmige Nuten (27) an einem der Teile der Anordnung (40) oder an dem Rohr (20) und wenig stens einen Folgevorsprung (47) an dem anderen dieser Teile (40, 20) aufweisen.

7. Nockenwelle nach Anspruch 2, dadurch gekennzeichnet, daß die Einrichtung (13, 43) zum Verhindern einer relativen Verdrehung zwischen der Anordnung (40) aus Antriebs buchse (48) und Kolben (49) und der Welle (10) während einer axialen Bewegung dieser Anordnung (40) einen axial gerichteten Mechanismus aus Keil (13) und Keilbahn (43) zwischen dieser Anordnung (40) und der Welle (10) aufweist.

8. Nockenwelle nach einem der vorhergehenden Ansprüche, dadurch gekennzeichnet, daß die antreibbare Wellenanordnung (5, 10) an ihrer Welle (10) ein axial gerichtetes Keilglied (13) aufweist, daß die Anordnung aus Rohr (20) und Nockenelementen (25) an einer inneren Wandoberfläche des Rohres (20) wendelförmige Führungselemente (27) aufweist, daß die Antriebsbuchse (48) an einer äußeren Oberfläche Mittel (47) zum Eingriff mit den wendelförmigen Führungselementen (27) an der inneren Wandober fläche des Rohres (20) hat, und daß die Einrichtung (13, 43) zum Verhindern einer relativen Verdrehung zwischen der Anordnung (40) aus Antriebsbuchse (48) und Kolben (49) während einer axialen Bewegung dieser Anordnung (40) an der Innenseite eine Einrichtung (43) zum Eingriff mit dem axialen Keilglied (13) aufweist.

9. Nockenwelle nach Anspruch 3, dadurch gekennzeichnet, daß der Einlaß (22) benach bart zu einer axialen Fläche (21) der Anordnung (40) aus Antriebsbuchse (48) und Kolben (49) liegt.

10. Nockenwelle nach einem der vorhergehenden Ansprüche, dadurch gekennzeichnet, daß die antreibbare Wellenanordnung (5, 10) ein Kettenrad oder Zahnrad (5) aufweist.