DE3922962A1

DE3922962A1 - Antriebsvorrichtung fuer eine nockenwelle einer brennkraftmaschine

Info

Publication number: DE3922962A1
Application number: DE19893922962
Authority: DE
Inventors: Wilhelm Dipl Ing Hannibal
Original assignee: Audi AG
Current assignee: Audi AG
Priority date: 1989-07-12
Filing date: 1989-07-12
Publication date: 1991-01-17

Description

Die Erfindung bezieht sich auf eine Antriebsvorrichtung für eine Nockenwelle einer Brennkraftmaschine entsprechend dem Oberbegriff des Anspruchs 1.

Bei einer bekannten Antriebsvorrichtung dieser Art (EP-A 01 63 046) weist die hydraulisch betätigbare Ein richtung zwei radial in der Nockenwelle angeordnete, in entgegengesetzten Richtungen verlaufende Druckzylinder auf, in denen Kolben angeordnet sind, die auf Kugeln wirken, welche mit Schrägflächen in der inneren Umfangswand des Antriebsrades zusammenwirken, wobei die Anordnung so ge troffen ist, daß bei Druckbeaufschlagung des einen Kolbens eine Verdrehung der Nockenwelle relativ zum Antriebsrad in der einen Richtung und bei Druckbeaufschlagung des anderen Kolbens eine Verdrehung der Nockenwelle in der anderen Richtung erfolgt. Ein Nachteil dieser Anordnung ist darin zu sehen, daß die Übertragung des Drehmoments von dem An triebsrad auf die Nockenwelle nur über eine Schrägfläche und eine Kugel erfolgt, wodurch sehr hohe Flächenpressungen auftreten. Außerdem ist für die Verstellung ein hoher Druck erforderlich, da die druckbeaufschlagten Kolbenflächen ver hältnismäßig klein sind. Aus diesem Grunde ist für die Nockenwellenverstellung eine eigene Pumpe vorgesehen.

Der Erfindung liegt die Aufgabe zugrunde, eine Antriebs vorrichtung der gattungsgemäßen Art zu schaffen, bei der die hydraulisch betätigbare Verstelleinrichtung wenig Raum einnimmt und mit der trotzdem große hydraulische Verstell kräfte mit verhältnismäßig niedrigen Drücken ausgeübt werden können, so daß als Druckquelle das Schmieröl in den Nockenwellenlagern verwendet werden kann.

Diese Aufgabe wird erfindungsgemäß durch die im Kenn zeichen des Anspruchs 1 angegebenen Merkmale gelöst.

Bei dem erfindungsgemäßen Vorschlag stehen für die Winkel verstellung große druckbeaufschlagte Flächen zur Verfügung, so daß die Verstellung mit dem relativ niedrigen Schmier mitteldruck aus einem Nockenwellen- bzw. Antriebsrad-Lager erfolgen kann. Die Übertragung des Drehmoments von dem An triebsrad auf die Nockenwelle erfolgt in der einen Stel lung des Steuerschiebers, wenn die Druckräume druckent lastet sind, über dann aneinander anliegende Flächen der Flügel und der Zwischenwände, und in der anderen Stellung des Steuerschiebers über das in den Druckkammern befind liche Öl. Somit kann die Drehmomentübertragung ohne die bei der bekannten Vorrichtung zu beobachtende hohe Flächen pressung erfolgen.

Für die Unterbringung einer Nockenwellen-Verstelleinrich tung ist es von wesentlicher Bedeutung, daß der Platzbe darf möglichst gering ist, um auch bestehende Nocken wellenantriebe ohne wesentliche Änderungen auf solche mit Verstelleinrichtung umrüsten zu können. Ein erster Schritt in dieser Richtung ist bereits durch die Anordnung der Ver stelleinrichtung in dem Antriebsrad getan. Ein weiterer Schritt in dieser Richtung besteht darin, daß das Antriebs rad nicht, wie üblich, auf der Nockenwelle gelagert ist, sondern auf beiden Seiten mit axial sich erstreckenden Nabenteilen versehen ist, die im Zylinderkopf gelagert sind, während die Nockenwelle in einem der Nabenteile ge lagert ist. Dabei können die bei dem üblichen Nockenwellen antrieb für die Lagerung der Nockenwelle zu beiden Seiten des Antriebsrades vorgesehenen Lagerstellen nun für die Lagerung des Antriebsrades herangezogen werden, so daß die axiale Erstreckung der Nockenwelle und ihres Antriebes nicht vergrößert wird.

Vorteilhafte Weiterbildungen der Erfindung ergeben sich aus den Unteransprüchen.

Ein Ausführungsbeispiel der Erfindung wird im folgenden unter Bezugnahme auf die Zeichnungen beschrieben. Es zeigt:

Fig. 1 eine Draufsicht eines Teils eines Zylinderkopfes einer Hubkolben-Brennkraftmaschine, mit einer Nockenwelle und einer teilweise entlang Linie B-B in Fig. 2 geschnittenen Antriebsvorrichtung für die Nockenwelle,

Fig. 2 einen Schnitt entlang Linie A-A in Fig. 1, und

Fig. 3 ein Steuerdiagramm, aus dem der Einfluß der Winkel verstellung der Nockenwelle relativ zum Antriebs rad auf die Ventilerhebungskurve eines Einlaß ventils hervorgeht.

In Fig. 1 ist mit 1 der Zylinderkopf einer Hubkolben- Brennkraftmaschine bezeichnet, auf dem eine Nockenwelle 2 mit Nocken 3 drehbar gelagert ist. Eine Lagerstelle 4 ist in Fig. 1 ohne die dazugehörige obere Lagerschale darge stellt.

Im Zylinderkopf 1 ist ferner koaxial zur Nockenwelle 2 ein Antriebskettenrad 5 gelagert, das auf beiden Seiten mit axial sich erstreckenden Nabenteilen 6 und 7 versehen ist, die durch Schrauben 8 miteinander verbunden sind. Die Nabenteile 6 und 7 sind im Zylinderkopf in Lagerstellen 9 und 10 gelagert, die wiederum ohne die oberen Lagerschalen dargestellt sind, und von denen zumindest die Lagerstelle 9 bei einem Nockenwellenantrieb ohne variable Ventil steuerung zur Lagerung der Nockenwelle dient. Im vor liegenden Fall ist die Nockenwelle 2 in dem Nabenteil 6 gelagert.

Das Nabenteil 7, welches im Ausführungsbeispiel mit dem Antriebskettenrad 5 einstückig ist, ist topfförmig, und sein Innenraum 11 ist durch das andere Nabenteil 6 abge schlossen. Der Innenraum 11 ist von der Umfangswand 12 und den Seitenwänden 13 und 14 der Nabenteile 6 und 7 begrenzt und durch von der Umfangswand 12 ausgehende, etwa sektor förmige Zwischenwände 14 in Teilräume 15 unterteilt. Die Nockenwelle 2 erstreckt sich in den Hohlraum 11 und ist innerhalb des Hohlraumes für jeden Teilraum 15 mit einem radialen Flügel 16 versehen. Die Flügel 16 könnten also auch als getrenntes Einzelteil mit der Nockenwelle 2 ver bunden sein. Jeder Flügel 16 wirkt über Radialdichtungen 18 und Axialdichtungen 19 mit der Umfangswand 12 bzw. den Seitenwänden 13, 14 des Hohlraumes 11 dichtend zusammen. Jeder Flügel 16 ist also zwischen zwei Zwischenwänden 14 angeordnet, und er begrenzt mit einer der beiden Zwischen wände eine Druckkammer 20. Zwischen jedem Flügel 16 und der anderen Zwischenwand ist eine Feder 21 vorgesehen, die be strebt ist, den Flügel 16 in Richtung auf die erste Zwischenwand 14 zu drücken.

In der Nockenwelle 2 ist eine zentrale Bohrung 22 vorge sehen, in welche Kanäle 23 münden, die mit den Druck kammern 20 in Verbindung stehen. In der Bohrung 22 ist ein Steuerschieber 24 angeordnet, der sich durch das Nabenteil 7 erstreckt und mit diesem durch eine Paßfeder 24a dreh fest, jedoch axial verschiebbar über ein winkelbewegliches Gelenk 25 mit dem Anker 26 eines Elektromagneten 27 ver bunden ist und aus der dargestellten ersten Stellung bei Erregung des Elektromagneten 27 entgegen der Kraft einer Rückholfeder 28 in eine zweite, linke Stellung gebracht werden kann. Der Steuerschieber 25 ist an seinem Umfang mit einer der Anzahl der radialen Kanäle 23 entsprechenden An zahl von Längsnuten 29 versehen, die in der dargestellten rechten Endstellung des Steuerschiebers 24 über eine Ring nut 30 und einen Längskanal 31 in dem Nabenteil 8 mit einem weitgehend drucklosen Ölrückführungsraum 32 in Verbindung steht.

Der Steuerschieber 24 weist eine zentrale Bohrung 34 auf, die mit Querbohrungen 35 und 36 in Verbindung steht, von denen in der zweiten Stellung des Steuerschiebers 24 die Querbohrungen 35 mit den radialen Kanälen 23 und die Quer bohrung 36 mit einem Ölzuführungskanal 37 im Nabenteil 7 in Verbindung kommt. Wird der Elektromagnet 27 erregt, bewegt sich der Anker 26 entgegen der Wirkung der Feder 28 in der Zeichnung nach links und zieht den Steuerschieber 24 in seine linke Endstellung, so daß nun Schmieröl aus der Lagerfläche 10 durch den Kanal 37, die Querbohrung 36, die Längsbohrung 34, die Querbohrungen 35 und die Kanäle 23 in die Druckkammern 20 gelangen kann, wodurch die Flügel 16 entgegen der Wirkung der Feder 21 in Fig. 2 im Uhrzeiger sinn verschwenkt werden, bis ihre Seitenflächen 16a an den gegenüberliegenden Seitenflächen 14a der Zwischenwände 14 anliegen. Dabei nehmen sie die Nockenwelle 2 mit, so daß eine entsprechende Winkelverstellung der Nockenwelle 2 gegenüber dem Antriebsrad 5 eintritt. Wird der Elektro magnet 27 entregt, so wird der Anker 26 zusammen mit dem Steuerschieber 24 durch die Feder 28 wieder in seine in Fig. 1 dargestellte erste Lage gebracht, wodurch die Druck kammern 20 druckentlastet werden und die Flügel 14 und mit ihnen die Nockenwelle 2 durch die Federn 21 in die erste Stellung zurückbewegt werden.

Die Zwischenwände 14 sind an ihrer die Druckkammer 20 be grenzenden Fläche mit Vorsprüngen 38 versehen, über die in der in Fig. 2 gezeigten Stellung das Drehmoment von dem Antriebsrad 5 über die Zwischenwände 14 und die Flügel 16 auf die Nockenwelle 2 übertragen wird. In der anderen Stellung erfolgt die Drehmomentübertragung über das dann in den Druckkammern 20 enthaltene Öl. Die Drehrichtung des An triebsrades 5 ist durch den Pfeil d gekennzeichnet.

Um einen Druckaufbau in den die Federn 21 enthaltenden Kammern 40 zu vermeiden, ist für jede Kammer in der Nockenwelle 2 ein Durckentlastungskanal 41 vorgesehen, der ständig mit der druckentlasteten Umfangsnut 30 in der Seitenwand 14 des Nabenteils 7 in Verbindung steht.

Durch die großen Flächen der Flügel 16, die von Druck be aufschlagt werden können, ist für die Verstellung der Nockenwelle entgegen der Kraft der Federn 21 nur ein relativ geringer Druck erforderlich, der von dem Schmier system der Nockenwellenlager abgeleitet werden kann, so daß sich eine eigene Pumpe erübrigt.

Im Ausführungsbeispiel ist angenommen, daß die Einlaß nockenwelle der Brennkraftmaschine mit der dargestellten Nockenwellen-Verstelleinrichtung ausgestattet ist. Es er gibt sich dann in der in Fig. 2 dargestellten Stellung der Nockenwelle 2 zum Antriebsrad 5 die in Fig. 3 darge stellte Ventilerhebungskurve E_f mit frühem Einlaßöffnen und frühem Einlaßschluß, wie dies für mittlere Drehzahlen er wünscht ist, und in der anderen Winkelstellung der Nocken welle 2 relativ zum Antriebsrad 5 die Ventilerhebungskurve E_s mit späterem Einlaßöffnen und späterem Einlaßschluß, wie dies im unteren sowie im hohen Drehzahlbereich erwünscht ist.

Naturgemäß kann eine derartige Nockenwellenverstellung auch für die Auslaßnockenwelle vorgesehen werden.

Selbstverständlich sind viele Abwandlungen des darge stellten Ausführungsbeispiels möglich, ohne den Rahmen der Erfindung zu verlassen, so kann eine andere Anzahl von Flügel 16 und Zwischenwänden 14 vorgesehen werden, bei spielsweise nur zwei oder mehr als vier.

Claims

1. Antriebsvorrichtung für eine Nockenwelle (2) einer Brenn kraftmaschine, mit einer hydraulisch betätigbaren Ein richtung zur Winkelverstellung der Nockenwelle gegen über einem koaxial angeordneten Antriebsrad (5), dadurch gekennzeichnet, daß

- das Antriebsrad (5) einen von einer Umfangswand (12) und Seitenwänden (13, 14) begrenzten Hohlraum (11) aufweist, der durch von der Umfangswand ausgehende Zwischenwände (14) in Teilräume (15) unterteilt ist,
- daß sich die Nockenwelle (2) in den Hohlraum (11) er streckt und innerhalb des Hohlraumes für jeden Teil raum (15) mit einem radialen Flügel (16) versehen ist, der mit der Umfangswand (12) und den Seitenwänden (13, 14) des Hohlraumes dichtend zusammenwirkt und zwischen zwei Zwischenwänden angeordnet ist und mit der ersten Zwischenwand eine Druckkammer (20) begrenzt und sich an der zweiten Zwischenwand über eine Feder (21) ab stützt,
- daß in der Nockenwelle (2) eine zentrale Bohrung (22) vorgesehen ist, in die mit den Druckkammern (20) in Verbindung stehende Kanäle (23) münden, und
- daß in der Bohrung (22) ein Steuerschieber (24) ange ordnet ist, der zwischen zwei Stellungen verschiebbar ist und die Kanäle (23) in der ersten Stellung mit einer Druckquelle (37) und in der zweiten Stellung mit einem drucklosen Raum (32) in Verbindung bringt.

2. Antriebsvorrichtung nach Anspruch 1, dadurch gekenn zeichnet, daß das Antriebsrad (5) auf beiden Seiten mit axial sich erstreckenden Nabenteilen (6, 7) versehen ist, die im Zylinderkopf (1) gelagert sind, und daß die Nockenwelle (2) in einem (6) der Nabenteile gelagert ist.

3. Antriebsvorrichtung nach den Ansprüchen 1 und 2, dadurch gekennzeichnet, daß sich der Steuerschieber (24) durch das andere Nabenteil (7) erstreckt und drehfest, jedoch axial verschiebbar mit diesem verbunden ist.

4. Antriebsvorrichtung nach Anspruch 3, dadurch gekenn zeichnet, daß der Steuerschieber (24) eine zentrale Bohrung (34) aufweist, die in der ersten Stellung des Steuerschiebers einerseits mit einem radialen, von der Lagerfläche (10) des Nabenteils (7) ausgehenden Zufluß kanal (37) und andererseits über radiale Querbohrungen (35) mit den Kanälen (23) in der Nockenwelle (2) in Ver bindung steht.

5. Antriebsvorrichtung nach Anspruch 4, dadurch gekenn zeichnet, daß in der Umfangsfläche des Steuerschiebers (24) für jede Druckkammer (20) eine Längsnut (29) vor gesehen ist, die in der zweiten Stellung des Steuer schiebers (24) einerseits mit den Kanälen (23) in der Nockenwelle (2) und andererseits mit einem Ölabführ kanal (31) im Nabenteil (7) in Verbindung stehen.

6. Antriebsvorrichtung nach einem der Ansprüche 1-5, da durch gekennzeichnet, daß zur Aufrechterhaltung eines Mindestabstandes zwischen den einander zugewandten, eine Druckkammer (20) begrenzenden Flächen der Flügel (16) und der Zwischenwände (14) Abstandselemente (38) vorgesehen sind.

7. Antriebsvorrichtung nach einem der Ansprüche 1-6, da durch gekennzeichnet, daß der Steuerschieber (24) winkelbeweglich mit dem in einer Richtung federbe lasteten Anker (26) eines Elektromagneten (27) ver bunden ist, der an den Zylinderkopf (1) angeflanscht ist.

8. Antriebsvorrichtung nach einem der Ansprüche 1-7, da durch gekennzeichnet, daß von den die Federn (21) ent haltenden Räumen (14) zwischen den Flügeln (16) und den Zwischenwänden (14) Druckentlastungskanäle (41) aus gehen.