DE2909803C2 - - Google Patents

Description

Die Erfindung betrifft einen Verbrennungsmotor, insbe­ sondere für Kraftfahrzeuge, gemäß dem Oberbegriff des Patentanspruches 1.

Es ist bekannt, daß Optimierung des Ansaugens des Brenn­ stoffgemisches in den Zylinder eines Kolbenverbrennungs­ motors und Optimierung des Auspuffs der Verbrennungsgase aus dem Zylinder durch eine geeignete Einstellung der Steuerzeiten des Öffnens und des Schließens der Saug- und Auspuffventile in bezug auf die Bewegungen des Kolbens und daher in bezug auf die Kurbelwelle erreicht werden.

Diese Optimierungen müssen vor allem mit der für die Verschiebung von Luft und Gas zur Verfügung stehenden Zeit rechnen; diese Zeit wird immer kürzer, je höher die Drehzahl des Motors wird; es muß jedoch auch der kineti­ schen Energie der Luft und des Gases in den betreffenden Leitungen und den Trägheitserscheinungen Rechnung getra­ gen werden, die mit dieser kinetischen Energie einher­ gehen, die mit dem Quadrat des Ansteigens der Drehzahl wächst. Daraus folgt, daß, wenn die Einstellung der Steuerzeiten für eine bestimmte Drehzahl optimiert ist, sie nicht mehr für eine andere Drehzahl optimiert ist, besonders nicht bei einer stark veränderten Drehzahl.

Die ideale Lösung wäre diejenige einer in Funktion der Drehzahl kontinuierlich selbsttätig veränderlichen Ein­ stellung der Steuerzeiten; ein Automatismus solcher Art müßte sehr kompliziert sein, um mit hinreichender Präzi­ sion die Entsprechung zwischen Steuerzeiten und Dreh­ zahlen zu gewährleisten. Aus diesem Grunde hat man es vorgezogen, eine Lösung zu wählen, die nur zwei verschie­ dene Steuerzeiteinstellungen vorsieht: eine für Dreh­ zahlbereiche unterhalb eines vorbestimmten Wertes, und eine für Drehzahlbereiche oberhalb des betreffenden Wertes.

Die beiden Steuerzeiteneinstellungen sind auf eine Verschie­ bung eines beweglichen Zwischengliedes in der Kopplung zwi­ schen Kurbelwelle und Motorwelle bezogen.

Die Verschiebungen dieses Zwischengliedes erfolgen, so­ bald eine der einander entgegengesetzt wirkenden Kräfte, die auf das Zwischenglied einwirken, die andere überwiegt. Diese Kräfte sind die Vorbelastung einer Feder und der Druck des Schmieröls des Motors. Dieser Druck wirkt oder wirkt nicht auf das Zwischenglied, je nachdem, ob eine Ölauslaßöffnung geschlossen oder offen ist. Das Öffnen wird von einem Ventil gesteuert, das mit einem Schieber versehen ist, auf den ebenfalls zwei einander entgegen­ gesetzt wirkende Kräfte einwirken, nämlich die Vorbelastung einer zweiten kleinen Feder und die auf einer mit dem Schieber fest verbundenen Masse beruhende Fliehkraft. Diese Masse dreht sich zusammen mit der Verteilerwelle, und ihr Schwerpunkt ist gegenüber der Drehachse der Ver­ teilerwelle verschoben.

Es ist eine Manövriereinrichtung für umsteuerbare Brenn­ kraftmaschinen, insbesondere für Schiffsdieselmaschinen, bekannt (DE-PS 6 96 348), bei denen die Drehrichtung der Maschine durch Verdrehung einer oder mehrerer Steuer­ wellen relativ zur Kurbelwelle geändert werden kann. Die Verdrehung der Steuerwelle wird mit Hilfe eines Druck­ mittelservomotors bewirkt, der auf ein Schraubgetriebe wirkt, welches aus einem an seinem Umfang mit Steilgewinde versehenen inneren Getriebekörper und einen diesen um­ gebenden, mit entsprechendem Muttergewinde versehenen äußeren Getriebekörper besteht.

Es ist auch ein Verbrennungsmotor gemäß dem Oberbegriff des Patentanspruches 1 bekannt (US-PS 32 58 937). Bei dem bekannten Verbrennungsmotor weist der Schieber eine Hülse auf, die in Richtung der Achse der Nockenwelle ver­ schiebbar ist und durch zwei Fliehgewichte beaufschlagt wird, die mit Bezug auf den Schieber symmetrisch angeord­ net sind und auf diesen über radial verlaufende Ansätze wirken, die in eine Ringnut des Schieberkörpers eingrei­ fen. Die bekannte Ausführung ist baulich kompliziert, platzaufwendig und schwer und reagiert vergleichsweise träge. Die Ausführung des Schiebers als Hülse ist erforder­ lich als Folge der axialen Anordnung des Schiebers und der Notwendigkeit, das Öl zur Beaufschlagung des Kolbens durch den Schieber hindurchzuführen. Dies führt aber dazu, daß in der Schließstellung des Schiebers, wenn sein Rand die Ring- und Längskanäle sperrt, der auf den ring­ förmigen Kolben zwecks dessen Verstellung wirkende Öldruck auch auf die Innenwand des hohlen Schiebers wirkt und die­ sen radial auszudehnen sucht, wodurch erhöhte Reibungs­ kräfte entstehen und die Gleitfähigkeit des Schiebers in seiner Führungsausnehmung verschlechtert wird. Somit werden auch die Ansprecheigenschaften der Steuerung ver­ schlechtert.

Aufgabe der Erfindung ist es, bei einem Verbrennungs­ motor der hier interessierenden Art das Schieberventil derart auszuführen, daß bei einfacher und kleiner Aus­ führung schnelles Ansprechen und exakte Steuerung ge­ währleistet sind.

Gelöst wird diese Aufgabe durch die Merkmale des kenn­ zeichnenden Teiles des Patentanspruches 1. Bei einem Verbrennungsmotor gemäß der Erfindung ist der Schieber in der gleichen Richtung verschiebbar, in welcher sich das Fliehgewicht bzw. die exzentrische Masse unter der Wirkung der Fliehkraft verstellt, die durch die Drehung der Nockenwelle hervorgerufen wird. Hierdurch wird eine einfache, sehr kompakte und leichte Ausführung ermöglicht. Durch das geringere Gewicht und folglich die geringere Trägheit werden die Ansprecheigenschaften verbessert, was auch der Betriebssicherheit und der Zuverlässigkeit zugute kommt. Letzteres ist bei der Einstellung einer Nockenwelle eines Verbrennungsmotors, insbesondere zur Steuerung der Saug- und Auspuffventile, wichtig, weil dann gewährleistet wird, daß der Motor jeweils die gewünschten Leistungen erreicht.

Bei dem Verbrennungsmotor gemäß US-PS 32 58 937 besteht ein weiterer Nachteil darin, daß die der Fliehkraft ent­ gegenwirkende Feder sich an einem Ende am Schieber und am anderen Ende an einem Anschlag abstützt, der über die Kolbenstange mit dem ringförmigen Kolben fest verbunden ist. Wenn nun in der Schließstellung des Schiebers der Kolben unter dem Öldruck verstellt wird, wird auch der Anschlag mit nach rechts verstellt, wodurch die Feder in größerem Ausmaß zusammengedrückt wird und auf den Schieber einen größeren Druck ausübt, obwohl durch die Fliehgewichte eine erhöhte Gegenwirkung nicht geleistet wird, da diese lediglich von der Drehgeschwindigkeit abhängt. Da der Öldruck auf dem Schieber in axialer Richtung ausgeglichen ist und daher axial wirkungslos ist, hat die erhöhte Druckkraft der Feder eine Verstellung des Schiebers zur Folge, wodurch sich ein zeitweiliges Öffnen des Aus­ lasses im Bereich des Randes des Schiebers ergeben kann. Auf jeden Fall wirkt sich die Verstellung des ringförmigen Kolbens auch auf den Schieber aus, wodurch die Steuerung ungenau oder unsicher gemacht wird und nicht gewährleistet ist, daß die Zeiteinstellungsänderung jeweils bei einem ganz bestimmten Drehzahlwert stattfindet.

Der genannte Nachteil der bekannten Ausführung wird durch die Merkmale des Patentanspruches 2 beseitigt, gemäß wel­ chem die der Fliehkraft entgegenwirkende Feder an einem Ende am Schieber, und am anderen Ende an der Nockenwelle abgestützt ist. Bei dieser Ausführung hat die vom Öldruck bewirkte axiale Verstellung des Kolbens auf den senkrecht zur Achse der Nockenwelle verschiebbaren Schieber keine Wirkung, und die Verstellung des Schiebers wird ausschließ­ lich durch zwei entgegengesetzte Kräfte bestimmt, nämlich durch die vom Fliehgewicht ausgeübte Kraft und die Kraft der Feder. Die erfindungsgemäße Anordnung läßt sich dabei so ausführen, daß die Resultierende des auf den Schieber wirkenden Öldrucks in allen Richtungen Null beträgt, wobei praktisch auch keine Reibungsbelastungen vorhanden sind, da die Fliehkräfte keine Komponente senkrecht zur Ver­ schiebungsrichtung des Schiebers haben und der Öldruck senkrecht zu dieser Richtung ausgeglichen ist.

Eine Weiterbildung des Gegenstandes des Patentanspruches 1 ist durch den Patentanspruch 3 unter Schutz gestellt.

Die Erfindung wird nachstehend anhand der Zeichnung beispielsweise erläutert.

Fig. 1 ist eine Schnittansicht des Kopfes eines Ver­ brennungsmotors längs einer durch die Achse der Motorwelle gehenden Ebene.

Fig. 2 ist eine Schnittansicht nach Linie II-II der Fig. 1.

Fig. 3 ist eine Ansicht, in der Einzelheiten der Ausfüh­ rung gemäß den Fig. 1 und 2 dargestellt sind.

Fig. 4 ist eine Schnittansicht nach Linie IV-IV der Fig. 2.

Fig. 1 zeigt denjenigen Teil des Motorkopfes, der zum Ende der Nockenwelle gehört, das beispielsweise mittels einer Kette von der Antriebswelle angetrieben wird. Mit 1 ist eine Wand des Motorkopfes bezeichnet, und mit 2 derjenige Teil des Motorkopfes, in dem das Endlager für den ent­ sprechenden Zapfen der Nockenwelle 3 vorgesehen ist. Mit der Nockenwelle 3 ist eine Endscheibe 4 fest verbunden, wobei die Verriegelung durch Gewinde 5 bewirkt wird, welches in eine zylindrische Verlängerung 4′ der Scheibe 4 geschnitten ist. Eine mit der Nockenwelle 3 gleichachsige zylindrische Muffe 6 ist an ihren Enden an der zylindri­ schen Oberfläche 7 der Nockenwelle 3 und an der zylin­ drischen Oberfläche 8 der Scheibe 4 drehbar gelagert.

Ein Anschlag 9 der Nockenwelle 3 und ein Anschlag 10 der Scheibe 4 verhindern das axiale Gleiten der Muffe 6 in be­ zug auf die Nockenwelle 3 und auf die Endscheibe 4. Mit 11 sind mit der Muffe 6 fest verbundene Außenzahnungen bezeichnet, in denen die in der Figur nicht gezeigte Kette eingreift, welche die Muffe 6 mit der (in der Figur nicht dargestellten) Kurbelwelle des Motors verbindet. Die Muffe 6 besitzt auch eine mit 15 bezeichnete Innenzahnung, die mit der Außen­ zahnung 13 eines ringförmigen Kolbens 12 eingreift, der auch eine Innenzahnung 14 besitzt; letztere Innenzahnung 14 steht im Eingriff mit einer Außenzahnung 16 der Nockenwel­ le 3. Mindestens eines der mit einander im Eingriff stehen­ den Zahnungspaare (14-16; 13-15) ist schraubenförmig; eine der Zahnungen der beiden Paare ist ferner mehr als die ande­ re axial entwickelt. Daraus folgt, daß, da die beiden Paare von Zahnungen stets miteinander im Eingriff bleiben, bei ei­ nem axialen Gleiten des ringförmigen Kolbens 12 relativ zur Nockenwelle 3, zur Scheibe 4 und zur Muffe 6, die Nocken­ welle 3 eine Drehung relativ zu der Muffe 6 ausführt, und daher auch relativ zu der Kurbelwelle, die mit der Muffe 6 durch die Kette verbunden ist. Das Ausmaß dieser Drehung, das heißt, die Änderung der Steuerzeiten der Nockenwelle 3 in bezug auf die Antriebswelle, hängt von der Größe der Axialverschiebung des ringförmigen Kolbens 12 in bezug auf die Nockenwelle 3 und von der Steigung der schraubenförmigen Zahnung (oder Zahnungen) ab. Die beiden Paare von Zahnungen sind so ausgeführt, daß sie die Strömung des Öls nicht behindern, entweder durch ein geeignetes Spiel zwischen den Zähnen oder durch Auslassen eines Zahns oder mehre­ rer Zähne. In Fig. 1 ist der ringförmige Kolben 12 in einer seiner beiden Endstellungen gezeichnet. Es wird durch die Wirkung der Vorbelastung der Feder 17 mit dem obengenannten Anschlag 10 der Endscheibe 4 in Berührung gehalten. Der ringförmige Kolben 12 selbst hat an demjenigen Ende, das dem innen und außen gezahnten Ende entgegengesetzt ist, zwei kalibrierte zylindrische Ober­ flächen, eine innere und eine äußere, die an entsprechenden kalibrierten zylindrischen Oberflächen anliegen, einer äu­ ßeren der Nockenwelle 3, die mit 18 bezeichnet ist, und einer inne­ ren der Muffe 6, die mit 19 bezeichnet ist.

Das Radialspiel zwischen den zylindrischen Oberflächen, die aneinander anliegen, ist sehr gering, so daß die Mög­ lichkeit eines Durchsickerns von Öl und unter Druck zwischen diesen zylindrischen Oberflächen stark verringert ist. Auf die zur Achse normale ringförmige Oberfläche des Kolbens 12, die der Oberfläche entgegengesetzt ist, auf welche die Feder 17 einwirkt, kann ein hydraulischer Druck mit einem solchen Wert einwirken, daß er die Vorspannung der Feder 17 überwindet, derart, daß der Kolben 12 selbst in zu der Wirkung der Feder entgegengesetzter Richtung verschoben wird, bis er an einem Anschlag 20 der Nockenwelle 3 anliegt, der die zweite Endstellung des Kolbens 12 bestimmt. Das Öl unter Druck kann den Kol­ ben 12 durch Bohrungen 21 und 21′ erreichen, aus einem Hohl­ raum 22 kommend, der seinerseits durch eine enge Öffnung 23 einer in der Nockenwelle 3 vorgesehenen Leitung 24 mit Öl versorgt wird. Zur Leitung 24 gelangt das Öl aus einem ringförmigen Hohlraum 25′ und aus einer im Kopf 2 vorgesehenen Leitung 25. Die Leitung 25 versorgt auch die Kopplung zwischen dem Zapfen der Nockenwelle 3 und der entsprechenden im Kopf 2 vorgese­ henen Bohrung mit Schmieröl. Der Hohlraum 22 kann mit dem außerhalb der Vorrichtung, aber innerhalb des Motorkop­ fes vorhandenen Raum durch eine Leitung 26 in Verbindung gebracht werden, die in der zylindrischen Verlängerung 4′ vor­ gesehen ist, und durch die beiden (in Fig. 2 ersichtlichen) Leitungen 30 und 30′, wenn diese nicht von einem Schieber 27 des in der Endscheibe 4 vorgesehenen Schieberventils verschlossen sind.

Die beiden Leitungen 30 und 30′ sind normal aber etwas außerachsig und daher in bezug auf die Leitung 26 windschief gerichtet, derart, daß auch wenn sie vom Schieber 27 ge­ sperrt werden, das Öl unter Druck stets zum Boden der Lei­ tung 26 gelangt und auf den Umfang des Schiebers 27 einen gleichförmigen Druck ausübt, der ihn gänzlich ausbalanziert. Die baulichen Einzelheiten dieser Lösung sind deutlich aus den Fig. 3 und 4 ersichtlich, in deren erster der Schieber 27 vergrößert in der Stellung darge­ stellt ist, in der er die Leitungen 30 und 30′ sperrt, und in deren zweiter der Schieber 27 in einer Ansicht im Schnitt längs der Schnittlinie IV-IV der Fig. 2 dargestellt ist.

Die Achse des Schiebers 27 und daher sein Hub für das Öffnen und Schließen laufen in zur Achse der Scheibe 4 und daher der Nockenwelle 3 normaler Richtung. Daraus folgt, daß da der Schieber 27 mit einer exzentrischen Masse 28 fest verbunden ist, deren Fliehkraft beim Anstei­ gen der Drehzahl die Vorbelastung einer kleinen Feder 29 überwindet, die strebt, den Schieber 27 in seiner End­ stellung zu halten, die dem Öffnen der Leitungen 30 und 30′ entspricht, der Schieber 27 dann in diejenige End­ stellung gebracht wird, die dem Schließen der Leitungen 30 und 30′ entspricht. Unterhalb einer gewissen Drehzahl sind daher die Leitungen 30 und 30′ offen und der Druck des aus dem Hohlraum 22 durch die enge Öffnung 23 kommenden Öls ist folglich praktisch gleich Null; und gleich Null ist daher die Resultierende des besagten Druckes auf den ringförmigen Kolben 12. Letzterer wird durch die Wirkung der Feder 17 in einer ersten Endstellung desselben gehalten, welcher eine erste Steuerzeiteinstellung der Nockenwelle 3 entspricht.

Oberhalb der besagten Drehzahl sind hingegen die Lei­ tungen 30 und 30′ geschlossen. Im Hohlraum 22 und daher auf die Oberfläche des ringförmigen Kolbens 12 ist der Öl­ druck derjenige des Schmierölkreislaufes des Motors. Die Resultierende des Öldrucks überwindet die Vorbelastung der Feder 17, und der ringförmige Kolben 12 geht in seine zweite Endstellung, der die zweite Steuerzeiteinstellung der Nockenwelle 3 entspricht, und wird in dieser zweiten Stellung gehalten.

Wie aus Fig. 1 ersichtlich, stützt sich die den Schieber 27 vorbelastende Feder 29 an einem Ende an dem Schieber 27 ab, während sie sich am anderen Ende an der Nockenwelle 3 ab­ stützt.

In Fig. 2 ist ein Schnitt der Vorrichtung längs der Schnittlinie II-II der Fig. 1 gezeigt. Diese Schnittlinie ist normal zur Drehachse der Nockenwelle 3 und geht durch die Achse des Schiebers 27. In diesem Schnitt ist daher der Schieber 27 in seiner Aufnahme ersichtlich, die in der Endscheibe 4 vorgesehen ist. Ferner sind ersichtlich die mit dem Schieber 27 fest verbundene Masse 28 und die Feder 29, welche den Schieber 27 in der Offen-Stellung hält, wenn die Drehzahl niedriger ist als der obener­ wähnte vorbestimmte Wert.

Claims (3)

1. Verbrennungsmotor, insbesondere für Kraftfahrzeuge, mit wenigstens einer Nockenwelle (3) zur Steuerung von Saug- bzw. Auspuffventilen, wobei die Nockenwelle (3) an einem Ende über ein Radgetriebe mit der Kurbelwelle des Motors zur Steuerzeiteneinstellung mit Bezug auf die Kurbelwelle verbunden ist, wobei bei der Nockenwelle die Kupplung mit dem Radgetriebe über ein Zwischenglied erfolgt, welches aus einem ringförmigen Kolben (12) besteht, der mit einer ersten Nut versehen ist, welche in eine Nut des Radgetriebes eingreift, und der mit einer zweiten Nut versehen ist, die in eine Nut der Welle eingreift, wobei mindestens eine der Nuten des ringförmigen Kolbens und die damit eingreifende Nut schraubenförmig sind, so daß die andere Nut des ringförmigen Kolbens und die damit eingreifende Nut gerade sein können, wobei der ringförmige Kolben eine axiale Verschiebung längs der Achse der Nockenwelle und des Radgetriebes ausführen kann, welche Verschiebung durch zwei in bezug auf die Welle ortsfeste Endstützflächen (10, 20) begrenzt wird, wobei der Druck einer Feder (17) in Richtung der Achse der Nockenwelle (3) den ringförmigen Kolben in einer ersten (10) der beiden Endstellungen zu halten sucht, während auf eine Oberfläche des ringförmigen Kolbens der Druck des Schmieröls des Motors eine Kraft ausüben kann, die imstande ist, die Spannung der Feder zu überwinden, derart, daß der Kolben axial verschoben wird bis zur zweiten (20) der beiden Endstellungen und in der­ selben gehalten wird, wobei das Schmieröl durch eine Öffnung in den Hohlraum gelangt, in welchem sich der ringförmige Kolben befindet und welcher mit dem Außen­ raum über ein Schieberventil in Verbindung gesetzt werden kann, dessen Schieber (27) unter der Wirkung einer Fliehkrafteinrichtung (28) gegen die Kraft einer Feder (29) verschiebbar ist, die ihn in der Offenstellung hält, wenn die Drehzahl des Motors und mithin der Nocken­ welle (3) niedriger ist als der Wert, bei dem die auf die Fliehkrafteinrichtung ausgeübte Fliehkraft der Vorbe­ lastung der Feder gleich ist, während bei höheren Dreh­ zahlen die Fliehkraft die Vorspannung der Feder über­ windet und den Schieber (27) in die Schließstellung bringt, so daß bei Drehzahlen, die niedriger sind als der obengenannte Wert, wobei der Schieber in Offenstellung ist, der Öldruck sich stark verringert wegen des Vorhanden­ seins der obengenannten Öffnung und daher der ringförmige Kolben durch die axiale Feder (17) in seiner ersten End­ stellung gehalten wird, während bei Drehzahlen, die höher sind als der obengenannte Wert, wobei der Schieber in der Schließstellung ist, der ringförmige Kolben durch den Öldruck in die zweite Endstellung gebracht und darin gehalten wird, so daß bei dem gegebenen Verlauf einer der Nuten des ringförmigen Kolbens bei Drehzahlen, die niedriger sind als der obengenannte Wert, eine erste bestimmte Steuerzeiteneinstellung der Nockenwelle in bezug auf die Antriebswelle bewirkt wird, während bei Drehzahlen, die höher sind, eine zweite bestimmte Steuerzeiteneinstellung bewirkt wird, dadurch gekennzeichnet, daß der Schieber (27) in zur Achse der Nockenwelle (3) senkrechter Richtung verschiebbar ist und die Fliehkrafteinrichtung eine einzige zur Achse der Nockenwelle (3) exzentri­ sche Masse (28) aufweist, die an dem Schieber angeordnet ist.

2. Motor nach Anspruch 1, dadurch gekennzeichnet, daß die den Schieber (27) vorbelastende Feder (29) sich an einem Ende an dem Schieber (27) und am anderen Ende an der Nockenwelle (3) abstützt.

3. Motor nach Anspruch 1, dadurch gekennzeichnet, daß das Öl zum Schieberventil durch eine erste Leitung (26) gelangt, während es durch mindestens eine zweite Leitung (30, 30′) abgelassen wird, die eine zur ersten Leitung (26) windschiefe Achse hat, welche im wesentlichen or­ thogonal zur ersten Leitung (26) gerichtet ist, ohne diese zu schneiden.