DE3704644C2 - - Google Patents

Description

Die Erfindung betrifft einen Nocken zur Steuerung eines Gas­ wechselventils einer Hubkolbenmaschine gemäß Oberbegriff des Hauptanspruches.

Die Fig. 4 und 5 der DE-OS 30 37 652 zeigen einen soge­ nannten "gespreizten Nocken", bei dem der Nockenspitzenbe­ reich als ein zwischen einer steilen auflaufenden und einer steilen ablaufenden Flanke eingesetztes, zum Grundkreis des Nockens konzentrisches Gleitflächenstück (Ruhekreis) ausge­ bildet ist. Es kann hierdurch eine Ventilerhebung über eine relativ große Bereichslänge realisiert und damit ein relativ hoher Liefergrad erzielt werden.

Jedoch gerade der flache Nockenspitzenbereich wirkt sich nach­ teilig aus und zwar speziell dann, wenn die Brennkraftmaschine in Überdrehzahlbereichen betrieben wird (z. B. durch Fahr­ fehler wie Verschalten oder unsachgemäßer Motorbremsbetrieb). In diesen Betriebszuständen können nämlich die von den be­ wegten Ventilsteuerungsteilen verursachten Massenkräfte größer werden als die diesen entgegenwirkenden Ventilfeder­ kräfte, so daß ein vom Nocken betätigtes Ventilbetätigungs­ glied (z. B. Stößel, Kipphebel) schon während des Gleitens auf der auflaufenden Nockenflanke von dieser abzuhe­ ben beginnt und einer ballistischen Flugkurve folgt. Trifft dieses Ventilbetätigungsglied nun nach der Flugphase wieder auf den Nocken auf, so geschieht dies in einem Bereich kon­ stanten Nockenhubes (Ruhekreis), wodurch extrem hohe Kräfte auftreten, die eine Beschädigung einzelner Ventilsteuerungs­ teile nach sich ziehen können und schwingungserregend wirken.

Der Erfindung liegt daher die Aufgabe zugrunde einen gattungs­ gemäßen Nocken zu schaffen, durch dessen Verwendung eine hohe Sicherheit gegen überdrehzahlbedingte Beschädigungen an den Ventilsteuerungsteilen und zudem ein hoher Liefergrad gewähr­ leistet ist.

Die Aufgabe wird erfindungsgemäß durch die Merkmale des kenn­ zeichnenden Teiles des Hauptanspruches gelöst.

Beim Aufprall des Ventilbetätigungsgliedes nach der Flugphase auf die Nockengleitfläche werden sämtliche Ventilsteuerungs­ teile aufgrund ihrer Elastizität komprimiert. Während dieses Kompressionsvorganges dreht sich der Nocken um einen bestimm­ ten Nockendrehwinkel weiter. Die erfindungsgemäße Ausgestal­ tung des Nockens, bzw. des Gleitflächenabschnittes, auf wel­ chem das Ventilbetätigungsglied bei Überdrehzahlen auftreffen kann, bewirkt nun, daß sich während dieser Kompressionsphase der Nockenhub stetig verringert, so daß ein Teil der Aufprall­ energie vom Nocken verschluckt wird, d. h. der Aufprall des Ventilbetätigungsgliedes verläuft gedämpft. Die elastischen Ventilsteuerungsteile erfahren somit eine verringerte Kom­ pression und werden infolgedessen weniger stark belastet.

Die Dämpfungswirkung beim Aufprall führt ferner dazu, daß ein Wiederausfedern mit anschließender erneuter Flugphase nur in einem verminderten Maße auftritt.

Dadurch, daß der Nocken einen die Ventilbeschleunigung auf ein Minimum reduzierende Gleitflächenabschnitt aufweist, wo­ durch eine Spreizung der Ventilerhebungskurve erreicht wird, sind auch hier Ventilerhebungen über große Bereichslängen und damit hohe Liefergrade zu realisieren, ohne daß dazu der Maxi­ malventilhub vergrößert werden muß.

Durch die Stetigkeit der Übergänge von dem besagten Gleit­ flächenabschnitt in die beiden Nockenflanken werden Beschleu­ nigungssprünge an diesen Stellen verhindert.

Die Erfindung ist anhand einer Zeichnung dargestellt.

Im einzelnen zeigt

Fig. 1 einen erfindungsgemäßen Nocken in einer Quer­ schnittsdarstellung,

Fig. 2 in einem Diagramm h _N = f (α), bzw. h _V = f (α) die von der Nockengeometrie vorgegebene Ventil­ erhebung (Nockenhub h _N ) bzw. die tatsächlich auftretende Ventilerhebung h _V in Abhängigkeit des Nockendrehwinkels α und

Fig. 3 in einem Diagramm _N = f (α) die durch die Nockengeometrie vorgegebene Ventilbeschleuni­ gung _N in Abhängigkeit des Nockendrehwinkels α.

Fig. 1 zeigt einen sich in Richtung des Pfeiles 1 um eine ortsfeste Achse 2 drehenden Steuernocken 3 eines nicht dar­ gestellten Gaswechselventils mit einem Grundkreisradius r _G . An den Grundkreis 4 schließt sich eine auflaufende Nocken­ flanke 5 an, die in einem Übergang 6 in einen Gleitflächen­ abschnitt 7 übergeht, der derartig gekrümmt ist, daß die auftretende Ventilbeschleunigung während des Durchlaufes dieses Abschnittes 7 null ist (siehe auch Fig. 3). An die­ sen Gleitflächenabschnitt 7 schließt an der Stelle 8 eine ab­ laufende Nockenflanke 9 an, die schließlich wieder in den Nockengrundkreis 4 übergeht.

Der Gleitflächenabschnitt 7 ist in Richtung der ablaufenden Flanke 9 geneigt, wobei er die Halbierende 10 des Winkels, der durch die beiden Geraden 11 und 12 (Gerade 11 durch Achse 2 und Übergang 6; Gerade 12 durch Achse 2 und Übergang 8) ein­ geschlossen wird, in einem spitzen Winkel β schneidet (β ent­ spricht dem Winkel zwischen der Winkelhalbierenden 10 und der Tangente 13 an den Punkt 14, in dem der Gleitflächenabschnitt 7 die Winkelhalbierende 10 schneidet). Der Übergang 6 bildet somit die Nockenspitze dieses unsymmetrischen Nockens 3.

Um Beschleunigungssprünge in den beiden Übergängen 6 und 8 zu vermeiden, weisen diese einen stetigen Verlauf auf.

Fig. 2 zeigt in einem Diagramm 15 den Zusammenhang zwischen dem Nockenhub h _N und dem Nockendrehwinkel α als Charakteri­ sierung des von der Nockengeometrie vorgegebenen Sollwertes h _N für die Ventilerhebung und es zeigt ferner den Zusammen­ hang zwischen der tatsächlichen Ventilerhebung h _V und dem Nockendrehwinkel α, wobei der Einfachheit halber der Be­ reich, in dem der Grundkreis 4 des Nockens 3 abläuft, nicht dar­ gestellt ist, da hierbei der Ventilhub ohnehin null ist. Die einzelnen Gleitflächenbereiche 5, 7 u. 9 sind in dem Schaubild 15 mit denselben Bezugszeichen wie in Fig. 1 gekennzeichnet.

Bei gegebenenfalls auftretenden Überdrehzahlen kann ein von dem erfindungsgemäßen Nocken betätigtes Ventilbetätigungs­ glied schon während des Ablaufes der auflaufenden Nocken­ flanke 5 von dieser abheben und einer ballistischen Flugkurve folgen (gestrichelte Linie 16), was bedeutet, daß jetzt die tatsächliche Ventilerhebung h _V größer ist, als der von der Nockengeometrie vorgegebene Sollwert h _N . Nach der Flugphase trifft das Ventilbetätigungsglied dann innerhalb des Gleit­ flächenabschnittes 7 wieder auf den Nocken auf. Dabei wer­ den infolge auftretender Massenkräfte die Ventilsteuerungsteile, wie z. B. Stößel, Stoßstange, Kipphebel und Ventilschaft, verformt, so daß während dieses Zeitraumes die tatsächliche Ventilerhebung h _V kleiner ist als der Sollwert h _N (Bereich 22, in dem die ge­ strichelte Kurve unterhalb der Nockenhubkurve liegt). Da das Auftreffen des Ventilbetätigungshebels jedoch in einem Abschnitt erfolgt, in welchem sich der Nockenhub h _N gemäß einer linearen Funktion (keine Ventilbeschleunigung) ver­ ringert, ist sein Aufprall gedämpft, weshalb auch nach dem Wiederausfedern der komprimierten Ventilsteuerungsteile ein erneutes Abheben des Ventilbetätigungshebels von der Nocken­ gleitfläche nur in abgeschwächter Form auftritt.

Der zugehörige Verlauf, der durch die Nockengeometrie vorge­ gebenen Ventilbeschleunigung _N ist in dem in Fig. 3 darge­ stellten Diagramm 17 aufgezeigt: _N = f (α). Auch hier ent­ sprechen die Bereichsbezeichnungen denen der Fig. 1. Der Abschnitt 7 muß nicht zwingend als Nullbeschleunigungs­ bereich ausgelegt sein, denn eine Bereichslängenerweiterung der Ventilerhebung wird auch noch bei einem Beschleunigungs­ verlauf nach der in Fig. 3 strichpunktiert dargestellten Kurve 18, d. h. also auch bei noch geringfügig auftretender negativer Beschleunigung erreicht. Es muß lediglich die Bedingung er­ füllt sein, daß jeweils im Bereich links und rechts der Nockenspitze 6 die Summe aller durch den Graphen _N = f (α) mit der Abszisse 21 gebildeten Flächen unterhalb der Abszisse 21 (negative Beschleunigungen) gleich der Summe derjenigen oberhalb der Abszisse 21 (positive Beschleunigungen) ist.

Eine noch geringfügig auftretende Beschleunigung im Bereich 7 setzt natürlich im Ventilerhebungsschaubild 15 für h _N = f (α) (Fig. 2) im Bereich 7 einen minimal konvex gekrümmten Kurven­ verlauf voraus (strichpunktierte Linie 18 in Fig. 2), d. h. die Nockengleitfläche (Fig. 1) ist im Abschnitt 7 etwas stärker gekrümmt, wobei jedoch auf die zugehörige Darstel­ lung in Fig. 1 der Übersichtlichkeit wegen verzichtet wurde.

Claims (2)

1. Nocken zur Steuerung eines Gaswechselventils einer Hub­ kolbenmaschine über ein eine vorgegebene Gleitflächenkontur aufweisendes Ventilbetätigungsglied mit einer auf- und einer ablaufenden Flanke und einem Nockenspitzenbereich, der einen die auftretende Ventilbeschleunigung über einen vorgegebenen Nockendrehwinkel auf ein Minimum reduzierenden Gleitflächen­ abschnitt aufweist, der in einem ersten Übergang an die auf­ laufende Flanke anschließt und in einem zweiten Übergang in die ablaufende Flanke übergeht, dadurch gekennzeichnet, daß der Gleitflächenabschnitt (7) eine gedachte Halbierende (10) des Winkels, der von einer durch den ersten Übergang (6) und die Nockendrehachse (2) gelegten Geraden (11) und einer durch den zweiten Übergang (8) und die Nockendrehachse (2) gelegten weiteren Geraden (12) eingeschlossen wird, in einem von 90° abweichenden Winkel (β) schneidet und daß der Ab­ stand vom ersten Übergang (6) zur Nockendrehachse (2) größer ist als der vom zweiten Übergang (8) zur Nockendrehachse (2).

2. Nocken nach Anspruch 1, dadurch gekennzeichnet, daß die beiden Übergänge (6 und 8) stetig verlaufen.