DE2505757A1

DE2505757A1 - Nockenwellenanordnung fuer verbrennungsmotoren mit variablen ventilsteuerzeiten

Info

Publication number: DE2505757A1
Application number: DE19752505757
Authority: DE
Inventors: Jean-Pierre Calviac
Original assignee: Automobiles Peugeot SA; Renault SAS
Current assignee: Automobiles Peugeot SA; Renault SAS
Priority date: 1974-04-02
Filing date: 1975-02-12
Publication date: 1975-10-16
Also published as: IT1031308B; US3945355A; FR2265976B1; GB1491966A; FR2265976A1; DE2505757B2

Description

Patentanwälte Dipl.-lng. R. B E E T Z sen. Dipl.-lng. K. LAMPRECHT Dr.-Ing. R. B E ETZ Jr.

8 München 22, steinsdorfstr. 10 Tel. (089)227201/227244/295910

Tetegr. Allpatent München Telex522O48

62-23.776P

12. 2. 1975

A UTOMOBILES PEUGEOT, Paris (Frankreich)

REGIE NATIONALE DES USINES RENAULT Boulogne-Billancourt (Frankreich)

Nockenwellenanordnung für Verbrennungsmotoren mit variablen Ventilsteuerzeiten

Die Erfindung bezieht sich auf* eine Nockenwellenanordnung für einen Verbrennungsmotor mit variablen Ventilzeiten, bei der die dreh- und axial verschiebbar gelagerte Nockenwelle durch einen Kolben bewegt wird, der mit einem festen Zylinder einen Druckraum begrenzt, der über eine Drosselstelle mit Motorschmieröl gespeist und mit einem Ablaß über einen Modulator verbunden ist, in dem ein Schieber eine Ablauföffnung in veränderlicher Weise abschließt.

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Eine solche Anordnung macht es möglich, die Ventilsteuerzeiten des Verbrennungsmotors in Abhängigkeit von gewissen Betriebsparametern zu ändern.

Es ist bekannt, daß bei einem Verbrennungsmotor mit Ventilsteuerung das genaue Festlegen der Öffnungs- und Schließzeitpunkte der Einlaß- und Auslaßventile große Bedeutung für das Erzielen eines guten Wirkungsgrades und einer minimalen Erzeugung schädlicher Gase hat. Um die günstigsten Ergebnisse in sämtlichen Arbeitsbedingungen eines Motors zu erzielen, ist es notwendig, die Einstellung der Ventilzeiten stetig und progressiv in Abhängigkeit von gewissen Betriebsparametern zu ändern, insbesondere in Abhängigkeit von der Drehzahl und der Drehmomentbelastung.

Um dieses Ergebnis zu erreichen, kann man eine Nockenwelle vorsehen, die einerseits Nocken mit einem sich in der Längsrichtung ändernden Profil aufweist und andererseits einen mit einem festen Zylinder zusammenarbeitenden Kolben, der mit dem Zylinder einen Druckraum begrenzt, in dem man einen Flüssigkeitsdruck wirken läßt, dessen Wert gleichzeitig von der Drehzahl und der Drehmomentbelastung des Motors abhängig ist.

Die Aufgabe der Erfindung besteht darin, eine besonders einfache Nockenwellenanordnung zu schaffen, die es möglich macht, eine sehr progressive und genaue Regelung der Bewegung bzw. Verschiebung der Nockenwelle durchzuführen und so die bisher bekannten Anordnungen wesentlich zu verbessern.

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Gegenstand der Erfindung ist demnach eine Nockenwellenanordnung für einen Verbrennungsmotor mit variablen Ventilzeiten, bei der die dreh- und axial verschiebbar gelagerte Nockenwelle durch einen Kolben bewegt wird, der mit einem festen Zylinder einen Druckraum begrenzt, der über eine Drosselöffnung mit Motor Schmieröl ■ gespeist und mit einem Ablaß über einen Modulator verbunden ist, indem ein Schieber eine Ablauföffnung in veränderlicher Weise abschließt; die erfindungsgemäße Anordnung ist im wesentlichen gekennzeichnet durch eine Druckmembrankapsel, deren bewegliche Membran mit dem Schieber des Modulators verbunden ist und deren Kapsel einerseits an eine erste, einen der Belastung des Motors entsprechenden Druck liefernde Druckquelle und andererseits an eine zweite Quelle für einen von der Motordrehzahl abhängigen Druck angeschlossen ist. ■

Bei einer Ausführungsart ist eine Kammer der Druckmembrankapsel einerseits mit der Ansaugleitung des Motors und andererseits mit der Saugseite einer von dem Motor angetriebenen Saug- oder Vakuumpumpe verbunden. Nach einem weiteren Merkmal der Erfindung gleitet die Nockenwelle frei in einer zylindrischen Bohrung ihres Antriebszahnrades und ist fest mit einem Ring verbunden, der Kugelbuchsen enthält, deren Achsen parallel zu der Achse der Nockenwelle sind und in denen mit dem Zahnrad fest verbundene Stangen gleiten, deren Achsen ebenfalls parallel zu der der Nockenwelle sind.

Zur näheren Erläuterung der Erfindung folgt nunmehr eine ausführlichere Beschreibung eines in der Zeichnung veranschaulichten Ausführung sbeispiels; in der Zeichnung zeigen r -" - - \

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Fig. 1 einen Teil einer Nockenwellenanordnung für einen Verbrennungsmotor, die mit Steuer- oder Betätigungsorganen gernäß der Erfindung ausgestattet ist,

Fig. 2 einen Teilschnitt längs der Linie 2-2 der Fig. 1.

In der Fig. 1 sieht man ein Ende einer Nockenwelle 1 mit der Achse X-X, die einen Zapfen 2 trägt, der in einem Lager 3 innerhalb des Gehäuses 4 eines Motors gelagert ist.

Die Nockenwelle ist weiterhin in an sich bekannter Weise durch andere Zapfen und andere nicht dargestellte Lager gestützt und geführt.

Außerhalb des Zapfens 2 ist die Nockenwelle 1 axial durch einen zylindrischen Abschnitt 5, einen konischen Teil 6 und einen mit Gewinde versehenen Endteil 7 verlängert.

Ein Zahnrad 8, das in üblicher Weise von der nicht dargestellten Kurbelwelle des Motors angetrieben wird, hat eine Nabe 9, die indem Lager 3 umläuft und eine innere Bohrung 10, die mit dem zylindrischen Teil 5 der Nockenwelle zusammenarbeitet. Die Nabe 9 des Zahnrades at eine Nut, in die sich ein gabelförmiger Keil 11 einfügt, der andern Gehäuse 4 durch eine Schraube 12 befestigt ist. Dieser Keil hat die Aufgabe, das Zahnrad 8 axial festzulegen.

Auf dem konischen Teil 6 der Nockenwelle 1 ist durch eine Mutter 13 ein Ring 14 und eine Feder 15 blockiert, die zwischen diesem

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Ring 14 und dem Zahnrad 8 zusammengedrückt ist.

In der Dicke des Ringes 14 sitzen regelmäßig um die Achse X-X verteilte Buchsen 16, deren Achsen parallel zu der der Nockenwelle sind. Diese Buchsen enthalten Führungskäfige für Kugeln 17, wobei die Käfige Längsrollbahnen bilden, die über gebogene Teile miteinander verbunden sind. Ein Beispiel dieser Art von Buchsen mit umlaufenden Kugeln findet sich in der französischen Patentschrift 1410 928.

Stäbe oder kleine Säulen 18, die an einem ihrer Enden fest mit dem Zahnrad 8 verbunden sind, gleiten frei, jedoch ohne Spiel in jeweils einer der Buchsen 16.

Die Nockenwelle 1 trägt Nocken, wie 19, die in ihrer Längsrichtung ein sich stetig änderndes Profil haben. Auf jede Nocke 19 stützt sich eine Rolle 20, die von dem Ende eines Ventilbetätigungshebels getragen wird, der um eine Achse 22 schwenkbar gelagert ist. Das andere Ende dieses Ventilbetätigungshebels wirkt mit der Stößelstange eines Ein- oder Auslaßventils zusammen, das nicht dargestellt ist.

Die Achse 22 der Ventilbetätigungshebel ist durch Halterungen, wie 23, festgelegt, die ihrerseits an dem Motorgehäuse 4 befestigt sind. In an sich bekannter Weise ist diese Achse 22 hohl, ihre zentrale Ausnehmung 24, die von der Ölpumpe des Motors mit DruckÖl gespeist wird, wirkt als Schmierkanal für die Ventilbetätigungshebel und die Lager der Nockenwelle. Auf diese Weise erhält das Lager 3 Öl unter Überdruck aus dem Kanal 24 über die öffnungen 25 und

Die öffnung 25 steht außerdem über eine Drosselstelle 27 mit

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einer Öffnung 28 in Verbindung, die im Inneren des Lagers 3 in eine Kammer 29 mündet, die zwischen der Stirnfläche des Zapfens 2 und der Nabe 9 des Zahnrades 8 vorgesehen ist. Die Kammer 29 ist über eine Leitung 30 mit einem Druckmodulator 31 verbunden.

Dieser letztere umfaßt grundsätzlich ein zylindrisches Gehäuse 32, das mit einer abgestuften inneren Bohrung 33 versehen ist, in der ein Kolbenschieber 34 gleitet, der einen ersten Kolben 35 und einen zweiten Kolben 36 von etwas größerem Durchmesser als der erstere trägt. Die Leitung 30 mündet in eine Kammer 37, die in der Bohrung 33 zwischen den Kolben 35 und 36 liegt. Die Kammer 37 kann mit dem Ölsammelbehälter 38 des Motors über eine Leitung 39 verbunden werden, während die Leitungen 40 und 41 LecköT aufnehmen, das an den Enden des Modulators 31 austritt.

Der Schieber 34 ist durch eine Stange 42 verlängert, die an eine biegsame Membran 43 einer Druckmembrankapsel 44 befestigt ist, die mit ihrer Membran eine Kammer 45 begrenzt. Diese Kammer 45 steht über eine Leitung 46 einerseits mit einer Leitung 47 in Verbindung, die an einer Unter druckabnahme 48 an der Ansaugleitung 49 des Motors mündet, und andererseits mit einer Leitung 50, die an der Ansaugöffnung 51 einer von dem Motor angetriebenen volumetrischen Pumpe 52 mündet.

Die Uhterdruckabnahnie 48, die gleichzeitig diejenige sein kann, die zur Vorzündungskorrektur eines Zündverteilers 53 benutzt wird, liegt in der Ansaugleitung derart, daß sie abgeschlossen wird, wenn die Drosselklappe 54 geschlossen ist und daß sie sich beim. Öffnen die-

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ser Drosselklappe in Strömungsrichtung hinter dieser befindet.

In der Leitung 47 sind eine kalibrierte Öffnung 55 und ein Rückschlagventil 56 angeordnet, das sich schließt, sobald der Unterdruck in der Leitung 46 größer ist als der Unterdruck, der an der Druckabnahme 48 auftritt.

Die Leitung 50 steht mit der Atmosphäre über eine kalibrierte Öffnung 57 in Verbindung.

Die Wirkungsweise der erfindungsgemäßen, soeben beschriebenen Anordnung ergibt sich wie folgt:

Wenn der Unterdruck in der Kammer 45 sehr gering ist, beispielsweise bei Leerlauf des Motors, ist die Drosselklappe 54 geschlossen, der Schieber 34 des Modulators 31 ist in der Figur nach rechts zurückgedrückt, weil die Differenz der Durchmesser zwischen den Kolben 35 und 36 vorhanden ist. In dieser in der Zeichnung veranschaulichten Stellung gibt der Schieber 36 die Öffnung der Ablaufleitung 39 frei, so daß der Öldruck, der in der Kammer 29 besteht, seinerseits sehr gering und ungenügend ist, um die Feder 15 zusammenzudrücken. Das aktive Profil der Nocke 19 ist dann dasjenige, das sich in dieser Stellung gegenüber der Rolle 20 befindet. .

Je mehr der Unterdruck in der Kammer 45 zunimmt, um so mehr wird der Schieber 34 nach links gezogen, wobei sein Kolbenteil 36 mehr und mehr die Öffnung der Entleerungsleitung 39 abschließt. Daraus folgt eine Erhöhung des Druckes in der Kammer 37, die dank des Unter-

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schiedes der Durchmesser zwischen den Kolben 35 und 36 ein Aufrechterhalten eines Gleichgewichts in der Stellung des Schiebers 34 für jeden Unterdruckwert gestattet.

Gleichzeitig wirkt sich diese Erhöhung des Druckes in der Kammer 37 auch in der Kammer 29 aus, was die Wirkung hat, daß die Nockenwelle 1 unter Zusammendrücken der Feder 15 in der Figur nach links verschoben wird. Diese Bewegung ist vor allem progressiv wegen des Fehlens von Gleitreibung zwischen der Nockenwelle 1 und dem Zahnrad 8, so daß man für jeden Unterdruckwert in der Kammer 45 stets eine gleiche axiale Stellung der Nockenwelle 1 erzielt.

Die Gleichgewichtseinstellung der Nockenwelle berücksichtigt also gleichzeitig die Drehmomentbelastung und die Drehzahl des Motors, da der Unterdruck in der Kammer 45 gleichzeitig von dem Unterdruck an der Saugpumpe 52 abhängt, deren Drehzahl unmittelbar proportional zu der des Motors ist, und von dem Unterdruck in der Ansaugleitung 49, der unmittelbar mit der Drehmomentbelastung zusammenhängt.

Auf diese Weise kann man eine viel wirksamere und ebenfalls viel progressivere Regelung der Ventilsteuerzeiten erzielen; das Fehlen von Reibung, das sich aus der speziellen Auslegung der Anordnung ergibt, ist wesentlich für das Erreichen einer solchen Präzision, denn die Druckänderungen sind verhältnismäßig gering und wären nicht merkbar, wenn die sich einer axialen Verschiebung der Nockenwelle entgegensetzenden Kräfte zu groß sein würden.

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Claims

Patentansprüche

lly Nockenwellenanordnung für Verbrennungsmotor mit variablen Ventilzeiten, bei der die dreh- und axial verschiebbar gelagerte Nokkenwelle durch einen Kolben bewegt wird, der mit einem festen Zylinder einen Druckraum begrenzt, der über eine Drosselstelle mit Motorschmieröl gespeist und mit einem Ablaß über einen Modulator verbunden ist, in dem ein Schieber eine Ablauföffnung in veränderlicher Weise abschließt, gekennzeichnet durch eine Membrankapsel (44), deren bewegliche Membran (43) mit dem Schieber (34) des Modulators (31) verbunden ist und deren Kapsel einerseits an eine erste, einen der Belastung des Motors entsprechenden Druck liefernde Druckquelle und andererseits an eine zweite Quelle (51) für einen von der Motordrehzahl abhängigen Druck angeschlossen ist.
2. Anordnung nach Anspruch 1, dadurch gekennzeichnet, daß die erste Quelle aus der Ansaugleitung (49) des Motors besteht.
3. Anordnung nach Anspruch 1, dadurch gekennzeichnet, daß die zweite Quelle die Ansaugseite (51) einer von dem Motor angetriebenen Saug- oder Vakuumpumpe (52) ist.
4. Anordnung nach Anspruch 3, dadurch gekennzeichnet, daß die Ansaugleitung (49) des Motors und die Ansaugseite (51) der Saugpumpe (52) an eine gleiche Kammer (45) der Membrankapsel (44) angeschlossen sind.

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5. Anordnung nach Anspruch 2, dadurch gekennzeichnet, daß die ynterdruckabnahme (48) an der Ansaugleitung (49) derart angeordnet ist, daß sie in der Schließstellung der Drosselklappe (54) abgeschlossen ist und beim Öffnen dieser Klappe in Strömungsrichtung hinter ihr liegt.
6. Anordnung nach irgendeinem der Ansprüche 1 bis 5, dadurch gekennzeichnet, daß eine kalibrierte Öffnung (55) und ein Rückschlagfentil (56) in die Leitung (47) eingefügt sind, die die erste Quelle (49) mit der Kapsel (44) verbindet.
7. Anordnung nach irgendeinem der Ansprüche 1 bis 6, dadurch gekennzeichnet, daß die Nockenwelle (l) frei in einer Bohrung (lO) ihres Antriebszahnrades (8) gleitet und fest mit einem Ring (14) verbunden ist, der zumindest eine Buchse (16) mit kleinem Reibungsbeiwert enthält, die eine zur Achse der Nockenwelle achsparallele Aufnahme begrenzt, in der eine fest mit dem Antriebszahnrad verbundene Stange oder kleine Säule (18) geführt ist, deren Achse ebenfalls parallel zur Achse der Nockenwelle ist.
8. Anordnung nach Anspruch 7, dadurch gekennzeichnet, daß mehrere Führungsbuchsen (16) regelmäßig um die Achse (X-X) der Nokkenwelle (l) verteilt sind.
9. Anordnung nach irgendeinem der Ansprüche 6 und 7, dadurch gekennzeichnet, daß die Führungsbuchsen (16) vom Typ mit umlaufenden Kugeln (17) sind.

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10. Anordnung nach irgendeinem der Ansprüche 7 bis 9 _s dadurch gekennzeichnet, daß ein elastisches. Organ (15) zwischen dem Ring (14) und das Antriebszahnrad (8) eingefügt ist und diese beiden Teile auseinanderdrückt.

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