DE3933923A1 - Verstellbare nockenwelle - Google Patents

Description

Die Erfindung bezieht sich auf eine verstellbare Nockenwel­ le.

Nockenwellen an Kraftfahrzeugmotoren dienen dem Öffnen und Schließen der Ventile an den Zylindern.

Es ist eine verstellbare Nockenwelle an einem Verbrennungs­ motor mit zwei obenliegenden Nockenwellen (DOHC) bekannt, bei der die Einlaßnockenwelle relativ zum die Nockenwelle drehenden Kettenrad um einen Winkel verdreht werden kann. Damit können durch Relativverdrehung der Nockenwelle die Öffnungs- und Schließwinkel der Einlaßventile gemeinsam ver­ stellt werden. Ein früher Schließzeitpunkt der Einlaßventile ist bei niedrigen Motordrehzahlen vorteilhaft, ein später bei hohen.

Die Daimler-Benz AG, die eine derartige Lösung anbietet, stellt durch Nockenwellenverstellung Drehmomenterhöhungen im unteren Drehzahlbereich von 5-10% fest (mot-Die Autozeit­ schrift Nr. 20 v. 15.09.1989 Vereinigte Motorverlage, Stutt­ gart).

Ein Nachteil der angebotenen Lösung ist, daß der Motor spe­ ziell für die Nockenwellenverstellung eingerichtet werden muß, daß eine Veränderung der Öffnungsdauer nicht möglich ist und daß sie nur bei DOHC-Motoren realisierbar ist.

Hier will die Erfindung Abhilfe schaffen. Die Erfindung, wie sie gekennzeichnet ist, kann bei jedem vorhandenen Motor in Abhängigkeit von der Motordrehzahl den Öffnungs- und Schließwinkel der Einlaßventile verstellen. Dies wird da­ durch erreicht, daß lediglich die Nockenwelle ausgetauscht wird. Der Anbau einer zusätzlichen Steuereinrichtung ist nicht notwendig, da die Verstellung durch die Fliehkraft be­ wirkt wird.

Weiterhin wird es mit der erfindungsgemäßen Lösung möglich, auch die Dauer der Öffnungszeiten zu verändern. Dies wird dadurch erreicht, daß ein Nocken in der Breite über die der Ventilstößel greift in zwei Hälften geteilt wird und nur die eine Hälfte verdreht wird. Damit hebt die Vorderflanke des einen Nockens den Stößel an und erst die Rückflanke des an­ deren Nockens läßt den Stößel zurückgleiten. Diese Lösung ist nicht nur auf DOHC-Motoren beschränkt, son­ dern kann bei jedem Nockenwellentyp realisiert werden.

Die Abbildungen dienen der Erläuterung der erfindungsgemäßen Lösungen.

Fig. 1 zeigt den Schnitt entlang einer durch Fliehkraft verstellbaren Einlaßnockenwelle eines DOHC-Motors entlang der Achse.

Fig. 3 zeigt den Schnitt entlang der Linie B-b von Fig. 1 mit Blick nach links,

Fig. 4 zeigt den Schnitt entlang der Linie A-a.

Die Nockenwelle 1 ist von dem Ketten- oder Zahnriemenrad 2 an ihrem einen Ende umgeben. Radiale Stangen 3 sind am Nockenwellenende fest und führen Gewichte 4 mit einer be­ stimmten Masse. Diese Gewichte 4 werden durch Federn 5 an die Nockenwelle gepreßt. Die Federn stützen sich an den Stützscheiben 6 ab, die am äußeren Ende der Stangen 3 fest sind.

An den Gewichten 4 sind Stifte fest, die in Schlitze 8 im Zahnriemenrad 2 eingreifen. Die Schlitze 8 führen in radia­ ler Richtung mit einer bestimmten Schrägung in Umfangsrich­ tung.

Die Funktion dieser Anordnung ist dann folgende:
Wird das Zahnriemenrad 2 und damit die Nockenwelle 1 vom Zahnriemen 9 mit einer geringen Drehzahl gedreht, unterlie­ gen die Gewichte 4 nur einer geringen Fliehkraft, die nicht ausreicht, die Federn 5 zusammenzupressen. Erst wenn die Drehzahl genügend hoch ist, werden die Gewich­ te 4 mit großer Fliehkraft nach außen gepreßt. Dies reicht dann aus, die Federspannung zu überwinden. Durch die Schräg­ heit der Schlitze wird die Nockenwelle 1 relativ zur Zahn­ riemenscheibe 2 verdreht und damit die Öffnungs- und Schließwinkel der Einlaßventile verändert.

Fig. 2 dient der Erläuterung der erfindungsgemäßen Lösung zur Veränderung der Öffnungszeiten und der Schließwinkel der Einlaßventile anhand eines Schnitts entlang der Achse der Einlaßnockenwelle.

Fig. 5 zeigt einen Schnitt entlang der Linie C-c in Fig. 2 mit Blick nach links.

Die Nockenwelle 14 ist am Zahnriemenrad 10 fest. Sie ist als hohles Rohr ausgeführt, in dessen Innerem eine Stange 15 mit radialen Bohrungen 21 liegt und mit einer Mechanik 11, die entsprechend der der Fig. 1 arbeitet, durch Fliehkraftwir­ kung relativ zur Nockenwelle 14 verdreht werden kann.

Die Nocken 20, 22 die die (nicht gezeigten) Stößel bewgen sind in ihrer Breite in zwei Hälften 20, 22 geteilt. Die Stö­ ßel gleiten dabei über die ganze Nockenbreite und damit über beide Nockenwelle 14 fest, die zweite Nockenhälfte 22 an der verdrehbaren Stange 15. Mit Dornen 24, die durch Schlitze 23 in Umfangsrichtung im Rohrkörper der Nockenwelle 14 in den Bohrungen 21 der Stange 15 fest sind, ist die zweite Nocken­ hälfte 22 an der verdrehbaren Stange 15 befestigt.

Mit Verdrehen der Stange 15 wird somit auch die zweite Nockenhälfte 22 relativ zur ersten verdreht. Dies ist in Fig. 5 skizziert.

Da der (nicht gezeigte) Stößel auf beide Nocken greift, wird er von der Vorderflanke der ersten Nockenhälfte 20 gegen die Federkraft angehoben und kann sich erst dann wieder senken, wenn er auf der Rückflanke der zweiten Nockenhälfte 22 ent­ langgleitet und durch Federkraft gesenkt wird. Die Dauer der Öffnungszeit wird somit durch den veränderbaren Winkelab­ stand von Vorderflanke der ersten Nockenhälfte und Rückflan­ ke der zweiten Nockenhälfte veränderbar.

Bei hohen Motordrehzahlen wird damit der Winkelabstand ver­ größert und die Öffnungsdauer in bezug auf eine Umdrehung verlängert. Ein großer Winkelabstand sollte die Zylinderla­ dung und die Leistungsausbeute mit hohen Motordrehzahlen verbessern, ein kleiner Winkelabstand sollte die Drehmomente im unteren Drehzahlbereich anheben.

Diese Lösung der verdrehbaren Nocken 22 auf einer Innenstan­ ge 15 ist natürlich auch bei Nockenwellen möglich, die die Ein- und Auslaßnocken aufweisen (OHV/OHC-Motoren). Bei der­ artigen Nockenwellen können entweder die gesamten Nocken oder auch nur Nockenhälften verdrehbar gemacht werden.

Claims (5)

1. Verstellbare Nockenwelle an einem Verbrennungsmotor zur Steuerung der Ventile, mit Hilfe derer die Öffnungs- und /oder Schließwinkel der Ventile an einem laufenden Motor veränderbar sind, dadurch gekennzeichnet, daß die Verstellung mit Hilfe einer Einrichtung 3, 4, 5, 6, 7, 8; 11; erfolgt, die die Fliehkraft nutzt und so angeordnet ist, daß die Einlaßventile bei niedriger Motordrehzahl "früh" schlie­ ßen und bei hoher Motordrehzahl "spät" schließen.

2. Nockenwelle unter Patentanspruch 1, dadurch gekennzeichnet, daß die Einrichtung 3, 4, 5, 6, 7, 8; 11 so arbeitet, daß bei nie­ drigen Motordrehzahlen Gewichte 4 durch Federkraft 5 an ei­ ner langsam drehenden Welle 1; 15, deren Drehzahl eine li­ neare Abhängigkeit von der Motordrehzahl aufweist, radial nach innen gedrückt oder gezogen werden und bei hohen Motor­ drehzahlen die Gewichte 4 durch die Fliehkraft gegen die Fe­ derkraft radial nach außen gedrückt werden und diese Aus­ wärtsbewegung eine Verdrehung der zu verstellenden Nocken­ welle 1 oder Nockenteile 22 relativ zur treibenden Welle 2; 10 bewirkt.

3. Nockenwelle unter Patentanspruch 2, dadurch gekennzeichnet, daß die Auswärtsbewegung gegen mehrere Federn verschiedener Federkraft geschieht, so daß die Verdrehung in mehreren Stu­ fen bei bestimmten Verdrehdrehzahlen erfolgt.

4. Verstellbare Nockenwelle an einem Verbrennungsmotor zur Steuerung der Ventile, mit Hilfe derer die Öffnungs- und/ oder Schließwinkel der Ventile an einem laufenden Motor ver­ änderbar sind, dadurch gekennzeichnet, daß koaxial zu Nockenwelle 14 eine zweite Welle 15 liegt, an der Nocken oder Teile von Nocken 22 drehfest befestigt sind und durch Verdrehung der zweiten Welle 15 relativ zur Nockenwelle 14 die Öffnungs- und/oder Schließwinkel der durch diese Nocken oder Nockenteile 22 gesteuerten Ventile verändert werden.

5. Nockenwelle unter Patentanspruch 4, dadurch gekennzeichnet, daß der Nocken in der Breite, über die die Ventilstößel rei­ chen, geteilt ist und die erste Nockenhälfte 20 an der Nockenwelle 14 fest ist und die zweite Nockenhälfte 22 an der zweiten Welle 15 fest ist und bei Verdrehung der zweiten Nockenhälfte 22 relativ zur ersten Nockenhälfte der Ventil­ stößel von der Vorderfront der einen Nockenhälfte aus seiner Ruhelage gedrückt wird und entlang der Rückfront der anderen Nockenhälfte in seine Ruhelage zurückgleitet.