DE4007181A1

DE4007181A1 - Antriebsvorrichtung fuer eine nockenwelle

Info

Publication number: DE4007181A1
Application number: DE4007181A
Authority: DE
Inventors: Richard Dipl Ing Clos
Original assignee: Audi AG
Current assignee: Audi AG
Priority date: 1990-03-07
Filing date: 1990-03-07
Publication date: 1991-09-12
Also published as: EP0518898B1; WO1991014082A3; EP0518898A1; WO1991014082A2; DE59100260D1

Description

Die Erfindung bezieht sich auf eine Antriebsvorrichtung für eine Nockenwelle entsprechend dem Oberbegriff des An spruchs 1.

Eine derartige Antriebsvorrichtung ist beispielsweise in der DE-A 19 63 549 beschrieben.

Eine Hauptforderung bei der Konstruktion derartiger soge nannter Verstell-Nockenwellen besteht darin, daß kein oder nur wenig zusätzlicher Raum gegenüber nicht verstellbaren Nockenwellen in Längsrichtung erforderlich ist, da sonst aufgrund der äußerst beengten Platzverhältnisse im Motor raum eines Kraftfahrzeuges die Unterbringung einer Brenn kraftmaschine mit Verstell-Nockenwelle(n) oftmals nicht oder nur bei kostspieliger Änderung der Karosserie mög lich ist. Bei der Antriebsvorrichtung gemäß der DE-A 19 63 549 ist der Raumbedarf für die Nockenwellenver stellung in Längsrichtung der Nockenwelle gegenüber anderen bekannten Lösungen (z. B. DE-C 33 16 162) bereits erheblich reduziert. Trotzdem ergibt sich dadurch, daß das Schaltelement die Stirnfläche des Antriebsrades bzw. des mit der Nockenwelle verbundenen Fortsatzes überdeckt, eine Vergrößerung der Länge des Nockenwellenantriebes in Nockenwellenlängsrichtung um die Dicke des Schaltelements und dessen Verstellweg.

Der Erfindung liegt die Aufgabe zugrunde, eine Nocken wellen-Antriebsvorrichtung der gattungsgemäßen Art zu schaffen, deren Längserstreckung nur äußerst geringfügig größer ist als die Längserstreckung einer Antriebsvor richtung ohne Nockenwellen-Verstelleinrichtung.

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

Durch die Anordnung der beiden Verzahnungspaare in Um fangsrichtung hintereinander und nicht, wie sonst üblich radial übereinander oder axial nebeneinander wird ein außerordentlich kleiner Bauraum für die Unterbringung der Nockenwellen-Verstelleinrichtung benötigt, so daß diese weitgehend innerhalb des Antriebsrades untergebracht werden kann. Daher läßt sich eine Brennkraftmaschine mit derartigen Verstell-Nockenwellen problemlos im Motorraum eines bestehenden Kraftfahrzeuges unterbringen, das wahl weise mit einer Brennkraftmaschine mit oder ohne Nocken wellen-Verstellung ausgestattet sein soll.

Das Schaltelement kann, wie bekannt, hydraulisch durch einen Stellmotor, beispielsweise entsprechend der ein gangs genannten DE-A 18 63 548, betätigt werden, bei der ein Teil des Schaltelements einen hydraulischen Kolben bildet. Vorteilhafter ist es jedoch, den Stellmotor dem vom Antriebsrad abgewandten Ende der Nockenwelle benach bart anzuordnen und das Stellglied des Stellmotors mit dem Schaltelement durch eine die Nockenwelle durchsetzende Schaltstange zu verbinden. Dadurch kommt der Stellmotor bei längs eingebauter Brennkraftmaschine an eine Stelle im Motorraum, an welcher die Motorhaube zur Windschutzscheibe hin ansteigt, so daß genügend Platz für die Unterbringung des Stellmotors vorhanden ist.

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 einen Teil-Längsschnitt eines Zylinderkopfes einer Brennkraftmaschine in einer waagrechten, durch eine Nockenwelle gelegten Ebene,

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

Fig. 3 eine perspektivische Darstellung des Schalt elements.

In Fig. 1 ist mit 1 der Zylinderkopf einer ventilge steuerten Hubkolben-Brennkraftmaschine bezeichnet, in dem über Lager 2 eine Nockenwelle 3 gelagert ist, deren Nocken nicht gezeigte Einlaß- und/oder Auslaßventile der Brenn kraftmaschine betätigen. An ihrem in Fig. 1 linken Ende ist an die Nockenwelle 3 durch Schrauben 4a ein rohr förmiger Fortsatz 4 angeschraubt, auf dem ein Antriebsrad 5 gelagert ist, das von der Kurbelwelle der Brennkraft maschine angetrieben wird. Die Löcher 4b im Fortsatz 4, durch welche sich die Schrauben 4a erstrecken, sind als Langlöcher ausgebildet, um eine Grundeinstellung der Nockenwelle 3 relativ zum Antriebsrad 5 zu ermöglichen.

Zur Übertragung des Antriebs vom Antriebsrad 5 auf die Nockenwelle 3 dient ein Schaltelement 6, das über ein erstes Verzahnungspaar 7, 9 drehfest mit dem Antriebsrad und über ein zweites Verzahnungspaar 8, 11 drehfest mit dem Nockenwellenfortsatz 4 verbunden ist. Die Verzahnungs paare 7, 9 und 8, 11 schließen unterschiedliche Winkel mit der Längsmittelachse der Nockenwelle 3 ein. Im Ausfüh rungsbeispiel ist das Verzahnungspaar 7, 8 als Geradver zahnung und das Verzahnungspaar 8, 11 als Schrägverzahnung ausgebildet. Es könnte jedoch auch das Verzahnungspaar 7, 8 als Schrägverzahnung und das Verzahnungspaar 8, 11 als Geradverzahnung ausgebildet sein. Schließlich besteht auch die Möglichkeit, beide Verzahnungspaare als Schrägver zahnung, jedoch mit entgegengesetzter oder unterschied licher Schrägstellung auszuführen. In jedem Falle wird durch Axialverschiebung des Stellelementes 6 eine Ver drehung der Nockenwelle 3 relativ zum Antriebsrad 5 und damit eine Veränderung der Ventilsteuerzeiten bewirkt. Die Axialverschiebung des Schaltelements 6 erfolgt mit Hilfe eines am anderen Ende der Nockenwelle 3 angeordneten Stellmotors 15, dessen Stellglied im Ausführungsbeispiel ein Hydraulikkolben 16, durch eine Schaltstange 17, welche eine Durchgangsbohrung 18 der Nockenwelle 3 durchdringt, mit dem Schaltelement 6 verbunden ist. Durch Druckbe lastung einer Seite des Stellkolbens 16 und Druckent lastung der anderen Kolbenfläche mittels eines z. B. durch einen Elektromagneten 18 betätigten Steuerschiebers 20 wird das Schaltlement 6 von der einen Endstellung in die andere gebracht. Die Umschaltung kann, wie bekannt, in Abhängigkeit von Betriebsparametern erfolgen. Zur Ver meidung von Verzwängungen kann die Schaltstange 17 mit dem Schaltelement 6 und mit dem Stellkolben 16 winkelbeweglich verbunden sein.

Der Stellmotor 15 ist im Ausführungsbeispiel drehfest mit der Nockenwelle 3 verbunden. Dadurch wird ein Axiallager für die Nockenwelle, das bei einem stationär angeordneten Stellmotor für die Aufnahme der axialen Stellkräfte er forderlich ist, vermieden. Die Druckmittelzu- und -abfüh rung zu der in Fig. 2 rechten Seite des Stellkolbens 16 erfolgt über das Nockenwellenlager 2′ und eine Bohrung 21 in der Nockenwelle 3 durch die hohle Schaltstange 17 und die Hohlschraube 22, welche den Stellkolben 16 mit der Schaltstange 17 verbindet. Die Druckmittelzu- und -abfüh rung zu bzw. von der linken Seite des Stellkolbens 16 er folgt ebenfalls durch das Nockenwellenlager 2′ und eine zweite Bohrung 23 in der Nockenwelle sowie einen Ring raum 24 zwischen der Schaltstange 17 und der Wand der Durchgangsbohrung 18. Zur Abdichtung der beiden Bohrungen 21 und 23 voneinander ist in die Durchgangsbohrung 18 eine Hülse 25 eingepreßt.

Das Schaltelement 6 ist in dem rohrförmigen Nockenwellen- Fortsatz 4 angeordnet und an seinem Umfang ist, wie ins besondere aus Fig. 3 ersichtlich, abwechselnd die Außen verzahnung 7 des ersten Verzahnungspaares und die Außen verzahnung 8 des zweiten Verzahnungspaares vorgesehen. Die Außenverzahnung 7 wird im Ausführungsbeispiel von in Längsrichtung der Nockenwelle 3 verlaufenden Geradver zahnungen gebildet, während die Außenverzahnung 8 von Schrägverzahnungs-Sektoren gebildet ist, die zwischen be nachbarten Geradverzahnungs-Sektoren 7 angeordnet sind. Mit den Schrägverzahnungs-Sektoren 8 sind entsprechende Innen-Schrägverzahnungs-Segmente 11 am Innenumfang des rohrförmigen Nockenwellen-Fortsatzes 4 im Eingriff. Die Umfangswand dieses Nockenwellen-Fortsatzes 4 ist zwischen den Segmenten 11 mit Durchbrüchen 10 versehen, durch welche sich Speichen 12 des Antriebsrades 5 erstrecken, die mit ihren geradverzahnten Enden 8 in die Geradver zahnungs-Sektoren 7 eingreifen. Die Speichen 12 sind in den Durchbrüchen 10 mit einem so großen Spiel in Umfangs richtung angeordnet, daß die gewünschte Winkelverstellung der Nockenwelle 3 relativ zum Antriebsrad 5 ermöglicht wird.

Die Schrägverzahnung 7 des Schaltelements 6 hat einen größeren Teilkreisdurchmesser als die Geradverzahnung 8. Dadurch läßt sich die Schrägverzahnung durch Wälzfräsen herstellen, da ein seitlicher Auslauf für das Fräswerk zeug vorhanden ist. Die Geradverzahnung kann durch Räumen oder Stoßen hergestellt werden. Das Schaltelement kann jedoch auch ein Sinterkörper sein, bei dem zumindest die Geradverzahnung fertig gesintert ist.

Abweichend von dem dargestellten Ausführungsbeispiel könnten zwischen den Schrägverzahnungs-Sektoren 8 anstelle der Geradverzahnungs-Sektoren 7 entweder Längsnuten oder auch eine Schrägverzahnung mit einer anderen Schräg stellung vorgesehen werden. Die Enden 8 der Speichen 12 müßten dann entsprechend ausgeführt sein.

Claims

1. Antriebsvorrichtung für eine im Zylinderkopf (1) einer Brennkraftmaschine gelagerte Nockenwelle (3) mit einer Einrichtung zum Verdrehen der Nockenwelle relativ zu einem koaxialen, mit der Kurbelwelle der Brennkraft maschine in Antriebsverbindung stehenden Antriebsrad (5), die ein koaxial zur Nockenwelle (3) angeordnetes, durch einen Stellmotor axial zwischen zwei Endstellungen verschiebbares Schaltelement (6) aufweist, das über ein erstes Verzahnungspaar (7, 9) mit dem Antriebsrad (5) und über ein zweites Verzahnungspaar (8, 11) mit der Nockenwelle (3) zusammenwirkt, wobei jedes Verzahnungs paar aus einer am Schaltelement (6) vorgesehenen Außen verzahnung (7 bzw. 8) und einer am Antriebsrad (5) bzw. in der Nockenwelle (3) vorgesehenen Innenverzahnung (8 bzw. 11) besteht und die beiden Verzahnungspaare unter schiedliche Winkel mit der Längsmittelachse der Nocken welle einschließen, und wobei das Antriebszahnrad (5) auf einem rohrförmigen Fortsatz (4) der Nockenwelle (3) drehbar gelagert ist, gekennzeichnet durch folgende Merkmale:

a) das Schaltelement (6) ist im Nockenwellenfortsatz (4) angeordnet und an seinem Umfang ist abwechselnd die Außenverzahnung (7) des ersten Verzahnungspaares (7, 8) und die Außenverzahnung (8) des zweiten Ver zahnungspaares (8, 11) vorgesehen
b) die Umfangswand des rohrförmigen Nockenwellenfort satzes (4) ist mit Durchbrüchen (10) und zwischen den Durchbrüchen mit Innenverzahnungssegmenten (11) ver sehen, die mit den Außenverzahnungen (8) des zweiten Verzahnungspaares auf dem Stellelement (6) in Ein griff sind
c) das Antriebsrad (5) weist sich durch die Durchbrüche (10) radial nach innen erstreckende Speichen (12) auf, deren Enden (8) mit den Außenverzahnungen (7) des ersten Verzahnungspaares (7, 8) auf dem Stell element (6) in Eingriff sind, wobei die Speichen (12) in den Durchbrüchen (10) mit einem Spiel in Umfangsrichtung angeordnet sind, das den erforderlichen Verdrehwinkel zwischen der Nockenwelle (3) und dem Antriebsrad (5) entspricht.

2. Antriebsvorrichtung nach Anspruch 1, dadurch gekenn zeichnet, daß das erste Verzahnungspaar (7, 8) nach Art einer Keilwellen-Verzahnung ausgebildet ist, wobei die Speichen (12) mit ihren radial inneren Enden (8) in Geradverzahnungen (7) in der Umfangsfläche des Schalt elements (6) zwischen benachbarten Außenverzahnungen (8) des zweiten Verzahnungspaares (8, 11) eingreifen.

3. Antriebsvorrichtung nach Anspruch 1, dadurch gekenn zeichnet, daß der Stellmotor (15) dem vom Antriebsrad (5) abgewandten Ende der Nockenwelle (3) benachbart angeordnet ist und daß das Stellglied (16) des Stell motors (15) mit dem Schaltelement (6) durch eine die Nockenwelle (3) durchsetzende Schaltstange (17) ver bunden ist.

4. Antriebsvorrichtung nach Anspruch 3, dadurch gekenn zeichnet, daß die Schaltstange (17) winkelbeweglich mit dem Schaltelement (6) und/oder mit dem Stellglied (16) verbunden ist.

5. Antriebsvorrichtung nach Anspruch 3, dadurch gekenn zeichnet, daß der Stellmotor (15), das Stellglied (16) und die Schaltstange (17) drehfest mit der Nockemwelle (3) verbunden sind.

6. Anstriebsvorrichtung nach Anspruch 1, dadurch gekenn zeichnet, daß der rohrförmige Fortsatz (4) in ver schiedenen Winkellagen der Nockenwelle (3) festlegbar ist.