DE3234640C2 - - Google Patents

Description

Die Erfindung betrifft einen Ventiltrieb gemäß dem Oberbegriff des Patentan­ spruchs 1. Ein derartiger Ventiltrieb, wie er beispielsweise aus der US-PS 36 33 555 bekannt ist, bietet die vorteilhafte Möglichkeit, die Ventilhub­ kurve während des Betriebs der Maschine in Abhängigkeit von der Drehzahl der­ selben zu optimieren. Im Prinzip wird dies dadurch erreicht, daß der Nocken nur während bestimmter Winkelbereiche jeder Nockenwellendrehung gleichsam starr mit der Nockenwelle verbunden ist und demgemäß mit der Nockenwellendrehzahl bzw. der Nockenwellengeschwindigkeit rotiert, während die Nockendrehzahl bzw. Winkelgeschwindigkeit in den anderen Winkelbereichen größer oder kleiner als die Nockenwellendrehzahl ist. Konstanz der Nockenwellendrehzahl während einer Umdrehung vorausgesetzt, kann man also von Winkelbereichen gleichförmiger und ungleichförmiger Drehbewegung des Nockens sprechen.

Die aus der zitierten US-PS 36 33 555 bekannte Konstruktion enthält ein beson­ deres Verstellglied zur Einstellung der relativen Winkellage zwischen Nocken und Nockenwelle in Gestalt einer die Nockenwelle mit Spiel umgebenden, in einer senkrecht zur Nockenwelle bewegbaren Drehlagerung gehaltenen Scheibe, die auf ihren beiden Seiten mit je einem radialen Spalt versehen ist. In den einen Spalt greift ein demgemäß parallel zur Nockenwelle verlaufender Anschlag an einem drehfest mit der Nockenwelle verbundenen Kragen ein, während in den diametral gegenüberliegenden anderen Spalt ein demgemäß ebenfalls parallel zur Nocken­ welle weisender Anschlag an dem Nocken hineinragt. Je nach der von der Dreh­ zahl oder der Last der Maschine abhängigen Exzentrizität der Scheibe bezüg­ lich der Nockenwelle ergeben sich unterschiedliche Winkelbereiche mit gleichför­ miger bzw. ungleichförmiger Drehbewegung des Nockens.

Dieser bekannte Ventiltrieb erfordert also zusätzliche, konstruktiv sehr aufwen­ dige Maßnahmen zur drehzahlabhängigen Kopplung zwischen Nockenwelle und Nocken.

Der Erfindung liegt demgegenüber die Aufgabe zugrunde, einen Ventil­ trieb mit den Merkmalen des Oberbegriffs des Patentanspruchs 1 so auszubilden, daß kein besonderer Verstellantrieb für Relativbewegungen zwischen Nocken und Nockenwelle erforderlich ist, sondern hierzu ohnehin auf den Ventiltrieb wirkende Kräfte ausgenutzt werden.

Die erfindungsgemäße Lösung dieser Aufgabe besteht in den kennzeichnenden Merkmalen des Patentanspruchs 1.

Die Erfindung nutzt also in vorteilhafter Weise die beim Nockeneingriff auf diesen ausgeübten, von der Schließfeder des betreffenden Ventils herrührenden Kräfte zur Erzielung der Relativbewegungen zwischen Nocken und Nockenwelle aus. Diese auf den Nocken wirkenden Kräfte sind infolge der Tatsache, daß bei­ spielsweise die Massenkräfte des Ventilstößels der Kraft der Schließfeder entge­ genwirken, drehzahlabhängig.

Vorteilhafte Aus- und Weiterbildungen der Erfindung sind Gegenstand der Unter­ ansprüche.

Zwei Ausführungsbeispiele der Erfindung werden im folgenden anhand der Zeich­ nung erläutert. Es zeigen

Fig. 1 und 2 eine Seitenansicht, teilweise im Schnitt, bzw. den mit II-II bezeichneten Querschnitt durch ein erstes Ausführungsbeispiel,

Fig. 3 den Verlauf des Ventilhubs über dem Nocken­ wellenwinkel bei dieser Ausführungsform,

Fig. 4 und 5 eine Seitenansicht, teilweise im Schnitt, sowie den mit V-V bezeichneten Querschnitt durch ein zweites Ausführungsbeispiel und

Fig. 6 den zugehörigen Verlauf des Ventilhubs über dem Nockenwellenwinkel.

Betrachtet man zunächst die Fig. 1 und 2, so besitzt das im einzelnen nicht dar­ gestellte Ventil den Tassenstößel 1 und die Schließfeder 2, die sich auf dem Zy­ linderkopf 3 der Maschine, hier einer Brennkraftmaschine für ein Kraftfahrzeug, abstützt. Oberhalb der Ventilanordnung findet sich die mit einem zentralen Ölka­ nal ausgeführte Nockenwelle 4, auf der drehbar der Nocken 5 angeordnet ist. Die Kopplung zwischen Nockenwelle 4 und Nocken 5 ist nicht starr, sondern erfolgt über den in diesem Ausführungsbeispiel in der Nockenwelle 4 festgehaltenen, lei­ stenartigen Mitnehmer 6, der in den Spalt 7 im Nocken 5 hineinragt. Dieser Spalt besitzt im wesentlichen radial verlaufende Begrenzungswände 8 und 9, die An­ schläge für den Mitnehmer 6 bilden und damit einen maximalen Winkelbereich für Bewegungen des Nockens 5 relativ zur Nockenwelle 4 definieren.

In diesem Ausführungsbeispiel ist ferner zwischen dem Nocken 5 und der Nocken­ welle 4 die diese umschließende Wendelfeder 10 vorgesehen, die einerseits sicher­ stellt, daß sich vor dem Nockeneingriff, also vor Berührung zwischen Tassenstö­ ßel 1 und Nocken 5, der Mitnehmer 6 stets in seiner in Fig. 2 gezeigten Position (Anlage am Anschlag 9) befindet und die andererseits die Drehzahlabhängigkeit der Relativbewegungen zwischen Nocken und Nockenwelle im gewünschten Sinne beeinflußt.

Geht man von der in Fig. 2 dargestellten Position des Nockens 5, also Anfang der Öffnungsphase des Ventils, aus, so erhält man bis zu dem Moment, in dem die Nockenspitze die Achse 11 durchläuft, eine starre Kopplung zwischen Nocken­ welle 4 und Nocken 5 über den am Anschlag 9 anliegenden Mitnehmer 6. Sobald aber die Berührung zwischen Nocken 5 und Tassenstößel 1 in Fig. 2 links der Achse 11 vorliegt, bewirken die von der Schließfeder 2 auf den Nocken 5 ausge­ übten Kräfte, denen die Massenkräfte der bewegten Ventilteile drehzahlabhängig entgegenwirken, eine Beschleunigung des Nockens 5 relativ zur Nockenwelle 4, bis der Mitnehmer 6 am Anschlag 8 liegt. Anschließend bewirkt die Trägheit des Nockens 5 in Verbindung mit den von der Wendelfeder 10 ausgeübten Kräften wie­ der eine Verzögerung des Nockens 5, bis der Mitnehmer 6 wieder in der in Fig. 2 dargestellten Weise am anderen Anschlag 9 aufliegt.

Diese Wirkungsweise des erfindungsgemäßen Ventiltriebs ist in dem Diagramm der Fig. 3 wiedergegeben, das den Verlauf des Ventilhubs V über dem Nockenwellen­ winkel α zeigt. Ohne die erfindungsgemäßen Maßnahmen, d. h. bei starrer Kopplung zwischen Nockenwelle 4 und Nocken 5, würde sich die mit a bezeichnete symme­ trische Kurve ergeben. Infolge der Beschleunigung des Nockens 5 nach Durchlau­ fen seines Berührungspunkts mit dem Ventilstößel 1 durch die Achse 11 ergibt sich demgegenüber die Ventilhubkurve b, die zeigt, daß das Ventil gegenüber ei­ nem Ventiltrieb mit starrer Kopplung zwischen Nockenwelle und Nocken früher schließt. Dabei ist die Lage der Kurve b relativ zur Kurve a infolge der Drehzahl­ abhängigkeit der Massenkräfte, die der Schließkraft der Schließfeder 2 entgegen­ wirken, drehzahlabhängig.

Während in dem Ausführungsbeispiel nach den Fig. 1 bis 3 nur der Schließzeitpunkt des Ventils in Abhängigkeit von der Drehzahl variiert wird, zeigen die Fig. 4 und 5 eine Konstruktion, bei der die Breite der Ventilhubkurve drehzahlabhängig variiert wird.

Wiederum erkennt man die Nockenwelle 20, auf der drehbar der Nocken 21 ange­ ordnet ist, der seinerseits zumindest während des Nockeneingriffs auf dem Tassen­ estößel 22 des wiederum mit der Schließfeder 23 ausgerüsteten Ventils aufliegt.

Auch hier dient zur Kopplung zwischen Nockenwelle 20 und Nocken 21 der lei­ stenartige Mitnehmer 24, der in den Spalt 25 im Nocken 21 hineinragt.

An dieser Stelle sei darauf hingewiesen, daß aus Platzgründen Mitnehmer 24 und Spalt 25 in Fig. 5 gegenüber der Darstellung in Fig. 4 versetzt gezeichnet sind. Dies gilt übrigens auch für die Darstellung der Fig. 2 gegenüber Fig. 1.

In weiterer Übereinstimmung mit dem ersten Ausführungsbeispiel besitzt auch der Ventiltrieb nach den Fig. 4 und 5 die die Nockenwelle 20 umschlingende Wendel­ feder 26, die mit ihrem in Fig. 4 linken abgebogenen Ende am Nocken 21 und mit ihrem rechten abgebogenen Ende an der Nockenwelle 20 festgelegt ist und dafür sorgt, daß außerhalb des Nockeneingriffs der Nocken 21 eine Position einnimmt, in der der Mitnehmer 24, wie in Fig. 5 annähernd dargestellt, am Anschlag 27 an­ liegt. Dieser Anschlag 27 wird durch eine im wesentlichen radial verlaufende Be­ grenzung des Spalts 25 gebildet, dessen andere, ebenfalls im wesentlichen radial verlaufende Begrenzungswand den weiteren Anschlag 28 bildet.

In diesem Ausführungsbeispiel arbeitet der Mitnehmer 24 gleichsam als Schwenk­ kolben, da der Spalt 25 mit einem Druckmittel, in diesem Ausführungsbeispiel Drucköl, gefüllt ist. Die Ölzufuhr erfolgt über den Längskanal 29 und den Querka­ nal 30 in der Nockenwelle 20 über das Rückschlagventil 31. Im Mitnehmer 24 ist die drosselnde Überströmöffnung 32 vorgesehen, die auch durch entsprechende Profilierung der äußeren Randbereiche des Mitnehmers 24 oder der äußeren Wand des Spalts 25 gewonnen sein kann.

Im ersten Bereich des Nockeneingriffs, d. h. dann, wenn die Berührungsstelle zwi­ schen Nocken 21 und Ventilstößel 22 in Fig. 5 rechts der Achse 33 liegt, erfolgt als ein "Abbremsen" des Nockens 21 relativ zur Nockenwelle 20, wobei aber die bremsenden Kräfte bei höheren Drehzahlen kleiner sind als bei niedrigen Drehzahlen, so daß schon aus diesem Grunde eine Drehzahlabhängigkeit auftritt. Außerdem hat das Drucköl im Spalt 25 bei niedrigen Drehzahlen mehr Zeit, die Überströmöffnung 32 zu durchsetzen, als bei hohen Drehzahlen. Betrachtet man Fig. 6, in der wiederum der Verlauf des Ventilhubs V über dem Nockenwellen­ winkel α bei starrer Kopplung zwischen Nocken 21 und Nockenwelle 20 (Kurve c) und bei der Erfindung (Kurve d) dargestellt sind, so erhält man bei dem erfin­ dungsgemäßen Ventiltrieb mit zunehmender Drehzahl eine Vorverlegung der Öff­ nungskurve gegenüber der Öffnungskurve bei starrer Kopplung des Nockens 21 in einer Lage, die der Mittelstellung des Mitnehmers 24 im Spalt 25 entspricht.

Sobald der Berührungspunkt zwischen Stößel 22 und Nocken 21 die Achse 33 durchsetzt hat, also in Fig. 5 links von dieser liegt, suchen die Kräfte der Schließ­ feder 23 den Nocken 21 relativ zur Nockenwelle 20 zu beschleunigen. Auch die­ ser Beschleunigung wirkt die drosselnde Überstrombohrung 32 entgegen, und zwar drehzahlabhängig, so daß das Ventil, wie Fig. 6 erkennen läßt, gegenüber den Ver­ hältnissen bei Kurve c länger geöffnet bleibt.

Während das Ausführungsbeispiel nach den Fig. 4, 5 und 6 also bei hohen Drehzah­ len eine breite Ventilhubkurve, dagegen bei niedrigen Drehzahlen eine schmale Ventilhubkurve liefert, wobei sich die Drehzahlabhängigkeit sowohl auf den öff­ nenden als auch auf den schließenden Teil dieser Kurve bezieht, beeinflußt die Anordnung nach den Fig. 1, 2 und 3 nur den Schließbereich der Ventilhubkurve. Gemeinsam ist allen Ausführungsbeispielen, daß ein umständlicher Verstellmecha­ nismus für die Relativdrehungen zwischen Nocken und Nockenwelle überflüssig ist, da im Ventiltrieb ohnehin auftretende Kräfte (Massenkräfte, Schließkraft der Ventilschließfeder), die drehzahlabhängig sind, für die Verstellung ausgenutzt wer­ den.

Ein weiterer Vorteil der Erfindung ist darin zu sehen, daß Nocken und Ventilstö­ ßel stets in Kontakt bleiben, also keine "Schläge" auftreten.

Claims (3)

1. Ventiltrieb, insbesondere für eine Brennkraftmaschine, mit einer Nocken­ welle und zumindest einem auf dieser verschwenkbar gelagerten, mit ei­ nem eine Schließfeder aufweisenden Ventil in Wirkverbindung stehenden Nocken sowie mit einer zwischen Nocken und Nockenwelle wirksamen Mit­ nehmereinrichtung zur Gewinnung von Bewegungsbereichen des Nockens mit von der Winkelgeschwindigkeit der Nockenwelle abweichender oder mit dieser übereinstimmender Winkelgeschwindigkeit über von der jeweiligen Drehzahl der Nockenwelle abhängige Drehwinkelbereiche, dadurch gekenn­ zeichnet, daß die Mitnehmereinrichtung einen Mitnehmer (6) enthält, der an der Nockenwelle (4) oder am Nocken (5) festgelegt ist und in einen sich über einen Winkelbereich erstreckenden Spalt (7) im Nocken (5) bzw. in der Nockenwelle (4) mit Spiel hineinragt, der mit im wesentlichen radial verlaufenden, Anschläge (8, 9) für den Mitnehmer (6) bildenden Begrenzungs­ wänden einen Winkelbereich für Bewegungen des Nockens (5) relativ zur Nockenwelle (4) unter dem Einfluß der von der Schließfeder (2) ausgeübten, drehzahlabhängigen Kräfte definiert.

2. Ventiltrieb nach Anspruch 1, dadurch gekennzeichnet, daß zwischen Noc­ kenwelle (4) und Nocken (5) eine den Nocken (4) vor dem Nockeneingriff in einer durch einen der Anschläge (8, 9) vorgegebenen Winkelstellung hal­ tende Feder (10) angeordnet ist.

3. Ventiltrieb nach Anspruch 1 oder 2, dadurch gekennzeichnet, daß der Spalt (25) mit einem Druckmittel gefüllt ist und der Mitnehmer (24) drosselnde Durchtrittsöffnungen (32) für das Druckmittel besitzt.