DE19914909A1

DE19914909A1 - Nockenwelle für eine Viertakt-Brennkraftmaschine

Info

Publication number: DE19914909A1
Application number: DE19914909A
Authority: DE
Inventors: Ruediger Teichmann
Original assignee: Bayerische Motoren Werke AG
Current assignee: Bayerische Motoren Werke AG
Priority date: 1999-04-01
Filing date: 1999-04-01
Publication date: 2000-10-05

Abstract

Die Erfindung betrifft eine Nockenwelle für eine insbesondere mit einem variablen Ventiltrieb ausgestattete Viertakt-Brennkraftmaschine, deren die Einlaßventile (oder die Auslaßventile) der Brennkraftmaschinen-Brennräume betätigende Nocken derart ausgebildet sind, daß die Einlaßventile (oder die Auslaßventile) nicht nur im jeweiligen Ansaugtakt) geöffnet werden können. Erfindungsgemäß sind die die Einlaßventile im Ausschiebetakt (oder die die Auslaßventile im Ansaugtakt) öffnenden sogenannten Zusatz-Nocken derart ausgebildet, daß der Öffnungszeitpunkt und/oder die Öffnungsdauer des jeweiligen Einlaßventiles während des Ausschiebetaktes (oder des jeweiligen Auslaßventiles während des Ansaugtaktes) veränderbar ist. Bevorzugt ist der Zusatz-Nocken gegenüber dem sog. Haupt-Nocken um die Längsachse der Nockenwelle verdrehbar und ferner derart positionierbar, daß er das Einlaßventil (oder das Auslaßventil) nicht öffnet.

Description

Die Erfindung betrifft eine Nockenwelle für eine insbesondere mit einem va riablen Ventiltrieb ausgestattete Viertakt-Brennkraftmaschine, deren die Einlaßventile (oder die Auslaßventile) der Brennkraftmaschinen-Brennräume betätigende Nocken derart ausgebildet sind, daß die Einlaßventile (oder die Auslaßventile) nicht nur im jeweiligen Ansaugtakt (oder im Ausschiebetakt), sondern auch im Ausschiebetakt (oder Ansaugtakt) geöffnet werden können. Zum technischen Umfeld wird neben der DE 195 09 604 A1 sowie der DE- OS 2125368 insbesondere auf die deutsche Patentschrift 5 20 975 verwie sen.

Es sind eine Vielzahl von variablen Ventiltrieben für Brennkraftmaschinen bekannt. Bei diesen variablen Ventiltrieben ist es möglich, den Öffnungszeit punkt bzw. Schließzeitpunkt und/oder den Ventilhub und/oder die Öffnungs dauer der den Ladungswechsel in den Brennräumen der Brennkraftmaschi ne steuernden Einlaßventile und/oder Auslaßventile zu verändern. Daß der artige Variabilitäten grundsätzlich für den Brennkraftmaschinen-Betrieb er hebliche Vorteile bringen, ist bekannt. Ein wesentlicher Vorteil variabler Ven tiltriebe in Verbindung mit einer (an sich üblichen) Nockenwelle zur Betäti gung der Brennkraftmaschinen-Gaswechselventile, für welche die eingangs genannte DE 195 09 604 A1 ein Beispiel zeigt, liegt dabei in der weiterhin mechanischen und somit zuverlässigen sowie wirkungsgradgünstigen Ven tilbetätigung.

Insbesondere bei Brennkraftmaschinen mit externer Gemischbildung, d. h. mit Kraftstoff-Einspritzung in die das Frischgas den Brennräumen zuführen den Saugrohre, kann jedoch bei relativ geringen Ventilhüben der Brenn raum-Einlaßventile eine ansich unerwünschte Auftragung von Kraftstoff auf die Wände der Saugrohre stattfinden. In den Brennräumen selbst findet hin gegen zumeist eine optimale Gemischbildung statt. Im übrigen kann dieses Problem zumindest in geringem Umfang auch bei mit Kraftstoff- Direkteinspritzung arbeitenden gemischverdichtenden Brennkraftmaschinen auftreten.

Eine Abhilfemaßnahme für diese Problematik ist aus der eingangs letztge nannten deutschen Patentschrift 5 20 975 bekannt. In dieser Schrift wird vor geschlagen, ein Brennraum-Einlaßventil auch im Ausschiebetakt, während dessen die im Brennraum verbrannte Ladung durch das geöffnete Auslaß ventil in Folge einer Aufwärtsbewegung des Kolbens der Hubkolben-Brenn kraftmaschine und somit in Folge einer Verringerung des Zylindervolumens des jeweiligen Brennraum-Zylinderes ausgeschoben wird, geringfügig zu öffnen. Dies hat zur Folge, daß ein geringer Teil der verbrannten und somit heißen Ladung in das jeweilige Zylinder-Saugrohr gelangt, wodurch die Saugrohr-Wand bzw. der Saugrohr-Innenraum erwärmt wird/werden. Als Folge hiervon verdampft der zuvor an der Saugrohr-Wand abgelagerte Kraftstoff bzw. es wird auf diese Weise überhaupt jegliche Wandauftragung von Kraftstoff vermieden, so daß der in das Saugrohr eingebrachte Kraftstoff mit einem (nachfolgenden und üblichen) Öffnen des Einlaßventiles während des Ansaugtaktes der Brennkraftmaschine vollständig in den jeweiligen Brennraum mitgenommen wird.

Lediglich der Vollständigkeit halber sei darauf hingewiesen, daß ein derarti ges kurzzeitiges bzw. geringes Öffnen eines Brennraum-Einlaßventiles auch während des Ausschiebetaktes einer Viertakt-Brennkraftmaschine auch bei mit Kraftstoffdirekteinspritzung in die Brennräume arbeitenden Brennkraft maschinen vorteilhaft sein kann, da hiermit eine besonders effiziente Version einer sog. inneren Abgasrückführung umgesetzt werden kann.

In der bereits genannten deutschen Patentschrift 5 20 975 ist zwar nicht fi gürlich dargestellt, auf welche Weise das Einlaßventil eines Zylinder- Brennraumes auch während des Ausschiebetaktes geringfügig geöffnet werden kann, jedoch ist es naheliegend, hierfür auf der das (oder die) Ein laßventil(e) betätigenden Nockenwelle einen zusätzlichen Nocken vorzuse hen, so wie dies in der eingangs zweitgenannten DE-OS 21 25 368 in Ver bindung mit der Betätigung eines Brennkraftmaschinen-Auslaßventiles ge zeigt ist. Die aus dieser Schrift bekannte Lösung ermöglicht im übrigen ebenfalls eine im vorhergehenden Absatz genannte innere Abgasrückfüh rung.

Diese bekannte Lösung besitzt jedoch auch systemimmanente Nachteile. Aufgrund des auf der Nockenwelle fest vorgesehenen zusätzlichen (insbe sondere kleineren) Nockens, der im weiteren als Zusatz-Nocken bezeichnet wird und der eine Öffnungsbewegung des Einlaß-Hubventiles auch während des Ausschiebetaktes bewirkt, erfolgt diese Öffnungsbewegung unveränder bar bei jedem Ausschiebetakt, auch wenn dies so überhaupt nicht erforder lich bzw. erwünscht ist. Gleiches gilt im übrigen bezüglich einer zusätzlichen Betätigung bzw. Öffnungsbewegung des Auslaß-Hubventiles während des Ansaugtaktes durch einen Zusatz-Nocken, der neben dem sog. Haupt- Nocken, welcher das Auslaßventil während des Ausschiebetaktes öffnet, vorgesehen sein kann.

Eine Abhilfemaßnahme für diese geschilderte Problematik aufzuzeigen, ist Aufgabe der vorliegenden Erfindung.

Die Lösung dieser Aufgabe ist dadurch gekennzeichnet, daß die die Einlaß ventile im Ausschiebetakt (oder die die Auslaßventile im Ansaugtakt) öffnen den, im weiteren sogenannten Zusatz-Nocken derart ausgebildet sind, daß der Öffnungszeitpunkt und/oder die Öffnungsdauer des jeweiligen Einlaß ventiles während des Ausschiebetaktes (oder des jeweiligen Auslaßventiles während des Ansaugtaktes) veränderbar ist. Vorteilhafte Aus- und Weiterbil dungen sind Inhalt der Unteransprüche.

Erfindungsgemäß ist der sog. Zusatz-Nocken, der neben dem sog. Haupt- Nocken, welcher ein Einlaßventil während des Ansaugtaktes bzw. ein Aus laßventil während des Ausschiebetaktes öffnet, an einer erfindungsgemäßen Nockenwelle vorgesehen ist, derart gestaltet, daß die Öffnungsbewegung des von diesem Zusatz-Nocken betätigten Brennkraftmaschinen-Gas wechselventiles hinsichtlich des Öffnungszeitpunktes und/oder der Öff nungsdauer veränderbar ist. Hierdurch kann die Wirkung der zusätzlichen Öffnungsbewegung des Einlaßventiles (während des Ausschiebetaktes) bzw. des Auslaßventiles (während des Ansaugtaktes) im Hinblick auf den jeweiligen Betriebspunkt der Brennkraftmaschine in nahezu optimaler Weise abgestimmt werden.

Bevorzugt ist hierzu der Zusatz-Nocken gegenüber dem Haupt-Nocken ver drehbar, da hiermit auf besonders einfache Weise eine besonders wirkungs volle Veränderung der Öffnungsbewegung erreicht werden kann. Besonders vorteilhaft ist es dabei, wenn der Zusatz-Nocken derart positioniert werden kann, daß er das jeweilige Gaswechselventil überhaupt nicht betätigt, da dann eine zusätzliche Öffnungsbewegung des Einlaßventiles im Ausschie betakt bzw. eine zusätzliche Öffnungsbewegung des Auslaßventiles im An saugtakt vollständig unterbunden werden kann, was insbesondere im Vollastbetrieb oder im vollastnahen Betriebsbereich der Brennkraftmaschine erwünscht ist.

Umsetzbar ist eine letztgenannte Ausführungsform beispielsweise dadurch, daß der Zusatz-Nocken in Richtung der Nockenwellen-Längsachse betrach tet schmäler als der Haupt-Nocken ist und derart innerhalb des Haupt- Nockens angeordnet ist, daß er mit seinem Nockenspitzen-Abschnitt durch eine in der Nockenoberfläche des Haupt-Nockens vorgesehene Aussparung hindurchragen kann. Ist dabei der Zusatz-Nocken im Querschnitt signifikant kleiner als der im Hinblick auf die Aufnahme des Zusatz-Nockens hohl aus gebildete Haupt-Nocken, so kann der Zusatz-Nocken vollständig innerhalb des Haupt-Nockens quasi versenkt werden.

Dies geht auch aus dem im folgenden erläuterten bevorzugten Ausführungs beispiel der Erfindung hervor, von welchem (vereinfacht) ein entsprechend gestalteter Haupt-Nocken sowie ein Zusatz-Nocken in den beiden beigefüg ten Figuren dargestellt sind. Im Falle einer mehrzylindrigen Brennkraftma schine sind dabei die Haupt-Nocken auf einer sog. Haupt-Nockenwelle und die Zusatz-Nocken auf einer sog. Zusatz-Nockenwelle angeordnet, wobei sich letztere konzentrisch innerhalb der erstgenannten befindet. Dabei zeigt Fig. 1 eine Teilansicht einer erfindungsgemäßen, hier aus einer soeben genannten Haupt-Nockenwelle sowie einer Zusatz-Nockenwelle bestehen den Nockenwelle einer Viertakt-Brennkraftmaschine, während Fig. 2 den Schnitt A-A aus Fig. 1 zeigt.

Mit der Bezugsziffer 1 ist ein sog. Haupt-Nocken bezeichnet, der ein (nicht gezeigtes) Einlaß-Hubventil einer Viertakt-Brennkraftmaschine (wie an sich üblich) betätigt, d. h. der Haupt-Nocken 1 rotiert um die Nockenwellen- Längsachse 3 und veranlaßt damit aufgrund seiner Formgebung direkt oder indirekt eine entsprechende Hubbewegung des Einlaßventiles. Dabei kann zwischen diesem Haupt-Nocken 1 und dem Einlaßventil eine (bekannte) Ki nematik vorgesehen sein, mit Hilfe derer der Hubverlauf der Öffnungsbewe gung des Einlaßventiles veränderbar ist; der Haupt-Nocken 1 kann jedoch auch direkt auf das Einlaßventil einwirken. Alternativ kann es sich im übrigen bei diesem Haupt-Nocken 1 auch um den ein Auslaß-Hubventil der Brenn kraftmaschine betätigenden Nocken handeln.

Der Haupt-Nocken 1 ist auf einer sog. Haupt-Nockenwelle 2 angeordnet und - wie ersichtlich - in seinem in Richtung der Nockenwellen-Längsachse 3 be trachtet mittleren Bereich, durch den der Schnitt A-A gelegt ist, hohl ausge bildet, so daß ein hohler Innenraum-Abschnitt 1d vorliegt. Ferner ist auf der Nockenoberfläche 1a des Haupt-Nockens 1, auf welcher ein den Nockenhub auf das Brennkraftmaschinen-Gaswechselventil übertragendes (ebenfalls nicht gezeigtes) Zwischenglied abwälzt, zumindest eine Aussparung 1b vor gesehen, d. h. bei dieser Aussparung 1b handelt es sich um einen Durch bruch in der Nockenoberfläche 1a, die eine Verbindung zwischen dem hoh len Innenraum-Abschnitt 1d des Haupt-Nockens 1 und der Außenseite der Nockenoberfläche 1a ermöglicht. Beim hier gezeigten Haupt-Nocken 1 ist dabei linksseitig sowie rechtsseitig des Nocken-Spitzenabschnittes 1c des Haupt-Nockens 1 jeweils eine derartige Aussparung 1b vorgesehen, was jedoch nicht unbedingt erforderlich ist.

Im bereits genannten hohlen Innenraum-Abschnitt 1d ist ein Zusatz-Nocken 4 vorgesehen. Dieser Zusatz-Nocken 4 ist auf einer Zusatz-Nockenwelle 5 angeordnet und besitzt eine Querschnittsfläche, die selbstverständlich gerin ger als diejenige des Haupt-Nockens 1 ist. Dabei ist der Zusatz-Nocken 4 (mit der bzw. über die Zusatz-Nockenwelle 5) gegenüber dem Haupt-Nocken 1 (bzw. gegenüber der Haupt-Nockenwelle 2) um die Längsachse 3 der Nockenwelle(n) verdrehbar. Wie ersichtlich ist nämlich die Zusatz- Nockenwelle 5 konzentrisch innerhalb der (selbstverständlich hohlen) Haupt- Nockenwelle 2 angeordnet, so daß die Haupt-Nockenwelle 2 und die Zusatz- Nockenwelle 5 die gemeinsame Nockenwellen-Längsachse 3 besitzen und zusammen die erfindungsgemäße Nockenwelle bilden. Somit rotiert im übli chen Betrieb der Brennkraftmaschine die Haupt-Nockenwelle 2 gemeinsam mit der Zusatz-Nockenwelle 5 um die Nockenwellen-Längsachse 3.

Der Zusatz-Nocken 4 ist (durch Verdrehen der Zusatz-Nockenwelle 5) derart positionierbar, daß er mit seinem Nockenspitzen-Abschnitt 4c durch die Aus sparung 1b des Haupt-Nockens 1 hindurchragt. Dieser Zustand ist in Fig. 2 figürlich dargestellt. Der Zusatz-Nocken 4 ist (durch Verdrehen der Zusatz- Nockenwelle 5) aber auch derart positionierbar, daß er vollständig innerhalb des Haupt-Nockens 1 liegt, d. h. der Nockenspitzen-Abschnitt 4c des Zusatz- Nockens 4 kommt dann (in Fig. 2) quasi unterhalb des Nockenspitzen- Abschnittes 1c des Haupt-Nockens 1 zum Liegen.

Nimmt der Zusatz-Nocken 4 die letztgenannte Position ein, so betätigt er das dem Haupt-Nocken 1 zugeordnete Gaswechselventil der Brennkraftmaschi ne bei einer Rotation der gesamten Nockenwelle nicht. Nimmt hingegen der Zusatz-Nocken 4 die in Fig. 2 gezeigte Position ein, so wird das dem Haupt- Nocken 1 zugeordnete Gaswechselventil der Brennkraftmaschine auch vom Zusatz-Nocken 4 betätigt. Dabei erfolgt diese zusätzliche Betätigung bzw. Öffnungsbewegung des Gaswechselventiles hier zeitlich vor derjenigen Be tätigung bzw. Öffnungsbewegung, die vom Haupt-Nocken 1 initiiert wird, nachdem die gesamte Nockenwelle, bestehend aus der Haupt-Nockenwelle 2 und der Zusatz-Nockenwelle 5 in der Darstellung nach Fig. 2 gegen den Uhrzeigersinn betrachtet rotiert. Handelt es sich somit beim betätigten Gas wechselventil um das Einlaßventil der Brennkraftmaschine, so wird dieses Einlaßventil vom Zusatz-Nocken 4 in dessen figürlich dargestellter Position somit während des Ausschiebetaktes geringfügig geöffnet, wohingegen die Betätigung durch den Haupt-Nocken 1 dann wie üblich während des dar auffolgenden Ansaugtaktes erfolgt.

Daß auf diese Weise die Art bzw. der Umfang einer neben der üblichen Öff nungsbewegung eines Gaswechselventiles zusätzlichen Betätigung bzw. Öffnungsbewegung desselben, die durch den besagten Zusatz-Nocken 4 ausgelöst werden kann, über einen äußerst weiten Bereich variierbar ist, ist offensichtlich. Zu den damit verbundenen Vorteilen wird ausdrücklich auf die Beschreibungseinleitung verwiesen. Dabei kann die Verdrehbewegung des Zusatz-Nockens 4 gegenüber dem Haupt-Nocken 1 bzw. diejenige der Zu satz-Nockenwelle 5 gegenüber der Haupt-Nockenwelle 2 auf unterschied lichste Weise realisiert werden. Im Übrigen können selbstverständlich eine Vielzahl von Details insbesondere konstruktiver Art durchaus abweichend vom gezeigten Ausführungsbeispiel gestaltet sein, ohne den Inhalt der Pa tentansprüche zu verlassen.

Bezugszeichenliste

1

Haupt-Nocken

1

a Nockenoberfläche (von

1

)

1

b Aussparung (in

1

a)

1

c Nockenspitzen-Abschnitt (von

1

)

1

d hohler Innenraum-Abschnitt (von

1

)

2

Haupt-Nockenwelle

3

Nockenwellen-Längsachse

4

Zusatz-Nocken

4

c Nockenspitzen-Abschnitt (von

4

)

5

Zusatz-Nockenwelle

Claims

1. Nockenwelle für eine insbesondere mit einem variablen Ventiltrieb ausgestattete Viertakt-Brennkraftmaschine, deren die Einlaßventile der Brennkraftmaschinen-Brennräume betätigende Nocken derart ausgebildet sind, daß die Einlaßventile nicht nur im jeweiligen An saugtakt, sondern auch im Ausschiebetakt geöffnet werden können, dadurch gekennzeichnet, daß die die Einlaßventile im Ausschiebetakt öffnenden Nocken (4) derart ausgebildet sind, daß der Öffnungszeit punkt und/oder die Öffnungsdauer des jeweiligen Einlaßventiles wäh rend des Ausschiebetaktes veränderbar ist.

2. Nockenwelle für eine insbesondere mit einem variablen Ventiltrieb ausgestattete Viertakt-Brennkraftmaschine, deren die Auslaßventile der Brennkraftmaschinen-Brennräume betätigende Nocken derart ausgebildet sind, daß die Auslaßventile nicht nur im jeweiligen Aus schiebetakt, sondern auch im Ansaugtakt geöffnet werden können, dadurch gekennzeichnet, daß die die Auslaßventile im Ansaugtakt öffnenden Nocken (4) derart ausgebildet sind, daß der Öffnungszeit punkt und/oder die Öffnungsdauer des jeweiligen Auslaßventiles wäh rend des Ansaugtaktes veränderbar ist.

3. Nockenwelle nach Anspruch 1 oder 2, wobei für das Einlaßventil (oder für das Auslaßventil) neben einem Haupt-Nocken (1), der das Einlaß ventil während des Ansaugtaktes (oder das Auslaßventil während des Ausschiebetaktes) öffnet, ein Zusatz-Nocken (4) vorgesehen ist, der das Einlaßventil während des Ausschiebetaktes (oder das Auslaßven til während des Ansaugtaktes) öffnet, dadurch gekennzeichnet, daß der Zusatz-Nocken (4) gegenüber dem Haupt-Nocken (1) um die Längsachse (3) der Nockenwelle verdrehbar ist.

4. Nockenwelle nach Anspruch 3, dadurch gekennzeichnet, daß der Zusatz-Nocken (4) derart positio nierbar ist, daß er das Einlaßventil (oder das Auslaßventil) nicht öffnet.

5. Nockenwelle nach Anspruch 3 oder 4, dadurch gekennzeichnet, daß der Zusatz-Nocken (4) in Richtung der Nockenwellen-Längsachse (3) betrachtet schmäler als der Haupt- Nocken (1) ist und derart innerhalb des Haupt-Nockens (1) angeord net ist, daß er mit seinem Nockenspitzen-Abschnitt (4c) durch eine in der Nockenoberfläche (1a) des Haupt-Nockens (1) vorgesehene Aus sparung (1b) hindurchragen kann.

6. Nockenwelle nach einem der vorangegangenen Ansprüche, dadurch gekennzeichnet, daß die Zusatz-Nocken (4) auf einer ge meinsamen Zusatz-Nockenwelle (5) angeordnet sind, die sich kon zentrisch innerhalb der die Haupt-Nocken (1) tragenden Haupt- Nockenwelle (2) befindet.