DE4023727C2 - Vorrichtung zum Spannen und Verstellen eines Nockenwellenkettentriebes - Google Patents

Description

Die Erfindung betrifft eine Vorrichtung zum Spannen und Verstellen eines Nockenwellenkettentriebes nach dem Oberbegriff des Anspruchs 1.

Eine derartige Vorrichtung ist in der DE 40 06 910 C1 beschrieben. Eine hydraulische Spanneinrichtung für eine die beiden Nockenwellen einer Brennkraftmaschine umschließende Kette besteht aus zwei konzentrisch ineinandergeführten Hydraulikkolben. Eine zentrisch zwischen den Hydraulikkolben angeordnete Feder verschiebt die Hydraulikkolben gegenläufig zueinander und legt die an ihren Enden befestigten Spannschuhe an die Kette an. Durch Beaufschlagen der Hydraulikkolben mit Hydraulikdruck wird die Spannvorrichtung quer zur Kette verschoben, so daß sich durch Verkürzen des Lostrums und Verlängern des Lasttrums die relative Drehlage der Einlaßnockenwelle zu der Auslaßnockenwelle ändert und so die Steuerzeit der Einlaßventile verändert wird. Zur Steuerung des Hydraulikdrucks dient ein Regelschieber, der mittels eines Elektromagnets längsverschieblich ist und Druckzuführkanäle zur Spanneinrichtung steuert.

Es ist die Aufgabe der Erfindung, diese Spann- und Verstellvorrichtung zu vereinfachen und ihre Herstellkosten zu senken.

Zur Lösung dieser Aufgabe dienen die kennzeichnenden Merkmale des Anspruchs 1. Als Hydraulikflüssigkeit wird das zur Schmierung dienende Motoröl verwendet. Da die Höhe des Motoröldrucks mit der Motordrehzahl steigt, läßt sich die Verstellvorrichtung abhängig von der Motordrehzahl betätigen, ohne daß ein Elektromagnet erforderlich ist. Zusätzlich kann auch die externe Ansteuerung des Elektromagnets entfallen; die Vorrichtung wird somit kostengünstig herstellbar.

In einer ersten Ausführung der Erfindung wirkt der Motoröldruck direkt auf den Hydraulikkolben, der von der anderen Seite her durch eine Feder verspannt ist. Hierbei stellt sich am Hydraulikkolben ein Gleichgewicht ein zwischen dem Produkt Kolbenfläche × Motoröldruck und der von der anderen Seite her wirkenden Federkraft. Da der Motoröldruck mit der Drehzahl steigt, entspricht eine bestimmte Motordrehzahl einer definierten Auslenkung des Hydraulikkolbens und damit einer bestimmten Verstellung der Einlaßnockenwelle zur Auslaßnockenwelle.

In einer zweiten Ausführungsform der Erfindung liegt der Motoröldruck an einem durch eine Feder verspannten, in einer Gehäusebohrung längsbeweglichen Steuerglied an, von dem ein Kanal zu dem Hydraulikkolben führt. Mit wachsendem Motoröldruck wird das Steuerglied immer weiter verschoben, bis es den Kanal zum Hydraulikkolben freigibt. Ab hier wirkt denn der volle Öldruck auf den Hydraulikkolben und verschiebt ihn in die maximale Verstellage. Wird der Motoröldruck wieder abgesenkt, so geht der Hydraulikkolben in die Ausgangslage zurück. Wie Versuche gezeigt haben, läßt sich mit dieser einfachen 2-Punkt-Regelung das Motordrehmoment im unteren Drehzahlbereich beträchtlich steigern und auch die Leistung erhöhen.

Diese beiden und weitere Ausführungsformen der Erfindung sind in der Zeichnung dargestellt und werden nachfolgend erläutert.

Es zeigen:

Fig. 1 schematische Darstellung eines Nockenwellenantriebs mit einer Spann- und Verstellvorrichtung,

Fig. 2 Steuergehäuse mit Steuerschieber für eine zweite Ausführungsform der Erfindung,

Fig. 3 Kraft-Weg-Diagramm zu Fig. 1,

Fig. 4 Druck-Drehzahl-Diagramm zu Fig. 2,

Fig. 5 Verdrehwinkel-Drehzahl-Diagramm zu Fig. 2,

Fig. 6 Steuerschieber mit Tellerfeder,

Fig. 7 Kraft-Weg-Diagramm zu Fig. 6,

Fig. 8 Druck-Drehzahl-Diagramm zu Fig. 6,

Fig. 9 Verdrehwinkel-Drehzahl-Diagramm zu Fig. 6,

Fig. 10 Kugelumschaltventil.

Von einer Kurbelwelle 1 einer Brennkraftmaschine ist mit einem Zahnriemen 1' oder einer Kette eine die Auslaßventile betätigende Auslaßnockenwelle 2 angetrieben. Die Auslaßnockenwelle 2 treibt mit einer Kette 4 eine die Einlaßventile steuernde Einlaßnockenwelle 3 an. Am Lasttrum 6 und Lostrum 5 der Kette 4 greift von der Ketteninnenseite her eine hydraulische Spannvorrichtung 7 an.

Die Spannvorrichtung 7 besteht aus einem hohlen äußeren Hydraulikkolben 8, einem in ihm längsgeführten inneren, ebenfalls hohlen Hydraulikkolben 9 und einer in dem Hohlraum 10 zwischen den beiden Hydraulikkolben 8, 9 verspannten Schrauben-Druckfeder 11. Zusätzlich zur Kraft der Schrauben- Druckfeder 11 sind die Hydraulikkolben 8, 9 über einen Druckanschluß 12 an einem Ringraum 13 zwischen den beiden Hydraulikkolben 8, 9 mit Hydraulikdruck beaufschlagt, der über den an den Schmierölkreislauf des Motors angeschlossenen Kanal 12' zugeführt wird. Am inneren Hydraulikkolben 9 ist ein Spannschuh 14 befestigt, der am Lostrum 5 der Kette 4 angreift. Ein endseitig im äußeren Hydraulikkolben 8 befestigter Spannschuh 15 drückt auf das Lasttrum 6 der Kette 4. Am anderen Ende ist der äußere Hydraulikkolben 8 mit einem Bund 16 versehen, der in einer Bohrung 17 des Gehäuses 18 abgedichtet längsgeführt ist.

Zwischen dem Bund 16 und einer im Gehäuse 18 befestigten Führungshülse 19 ist eine Schrauben-Druckfeder 20 verspannt. Stirnseitig am Bund 16 des Hydraulikkolbens 8 liegt ein zweiter Druckanschluß 21, über den Motoröldruck auf die Spannvorrichtung 7 gegeben wird. Bei Änderung des Motoröldrucks wird die Spannvorrichtung 7 insgesamt quer zum Lasttrum 6 und Lostrum 5 so verschoben, daß das Lostrum verkürzt und das Lasttrum verlängert wird oder umgekehrt. Auf diese Weise wird zur Änderung der Ventilsteuerzeiten die Einlaßnockenwelle 3 gegenüber der Auslaßnockenwelle verdreht.

In dieser Ausführungsform der Erfindung, die schematisch in Fig. 1 dargestellt ist, wirkt der Motoröldruck unmittelbar auf den die Nockenwellenverstellung verursachenden Hydraulikkolben 8 ein. Der Motoröldruck wird durch eine Zahnradpumpe 22 erzeugt, die in der Motorölwanne 23 angeordnet ist und von der Kurbelwelle 1 über ein Stirnradpaar 24, 25 angetrieben wird. Die Zahnradpumpe 22 ist über eine Druckleitung 26 mit dem zum Spannen dienenden Kanal 12' bzw. ersten Druckanschluß 12 sowie mit dem zweiten Druckanschluß 21 verbunden, über den die Nockenwellenverstellung erfolgt. Mit zunehmender Drehzahl der Kurbelwelle 1 erzeugt die gegen den Hydraulikkolben 8 fördernde Zahnradpumpe 22 einen entsprechend ansteigenden Öldruck, so daß der Hydraulikkolben 8 und somit die gesamte Spannvorrichtung 7 verschoben wird. Das zugehörige Kraft- Weg-Diagramm ist in Fig. 3 dargestellt, wobei F die Federkraft, s den Federweg bezeichnet. Da derselbe Öldruck über den Druckanschluß 12 auch auf die Rückseite des Hydraulikkolbens wirkt, bleibt bei der Verstellung die Spannung der Kette in voller Höhe erhalten. In einer Rücklaufleitung 27 wird Öl aus der Verstellvorrichtung in die Ölwanne 23 zurückgeleitet.

Eine zweite Ausführungsform der Erfindung ist in Fig. 2 dargestellt. Hier ist die von der Zahnradpumpe 22 ausgehende Druckleitung 26 an ein Steuergehäuse 28 angeschlossen, in dem ein Steuerschieber 29 längsbeweglich geführt ist.

Der Steuerschieber 29 weist einen stirnseitigen Kolben 30, einen mittleren Steuerkolben 31 sowie einen Führungskolben 32 auf, wobei alle drei Kolben 30, 31, 32 starr miteinander verbunden sind. An dem Führungskolben 32 ist stirnseitig ein Stift 33 angebracht, der in eine zwischen dem Führungskolben 32 und dem Steuergehäuse 28 verspannte Schraubenfeder 34 hineinragt.

Die Druckleitung 26 verzweigt sich zum Steuergehäuse 28 hin in eine den Kolben 30 stirnseitig beaufschlagende Leitung 35 und eine zur Rückseite des Kolbens 30 führende Leitung 36. Von den beiden Stirnseiten des Führungskolbens 32 gehen Rückleitungen 37 und 38 ab, die sich in der gemeinsamen Rücklaufleitung 27 vereinigen.

Mit dem mittleren Steuerkolben 31 wird der zum Verstellen der Spannvorrichtung 7 dienende Kanal 21 gesteuert. Der über die Druckleitung 26 zugeführte Öldruck verschiebt den Steuerschieber 29 unter weiterem Verspannen der Schraubenfeder 34, bis der Steuerkolben 31 den Kanal 21 freigibt und in der gestrichelt gezeichneten Stellung der Stift 33 am Steuergehäuse 28 zur Anlage kommt. Wie Fig. 4 zeigt, steigt der auf die Spannvorrichtung 7 wirkende Druck p mit der Motordrehzahl n kontinuierlich an und wird bei weiterer Erhöhung der Motordrehzahl auf einer konstanten Höhe gehalten. Bei der Drehzahl n1 (Fig. 5) wird eine Verbindung zwischen der Leitung 36 und dem Kanal 21 geschaffen und der volle Öldruck wirkt auf den Hydraulikkolben 8. Wie Fig. 5 zeigt, ändert sich hierbei der Verdrehwinkel ϕ der Einlaßnockenwelle 4 sprunghaft.

Bei der in Fig. 6 dargestellten Ausführungsform der Erfindung ist der Steuerschieber 29 durch eine Tellerfeder 40, ein Druckstück 41 und eine am Führungskolben 32 anliegende Kugel 42 am Steuergehäuse 28 abgestützt. Das zugehörige Kraft-Weg-Diagramm der Tellerfeder 40 zeigt Fig. 7. Von dieser Kurve wird das linear abfallende Kurvenstück 43 zur Steuerung verwendet. Dem oberen Umschaltpunkt bei der Kraft F4 entspricht in Fig. 8 ein Druck von ca. 4 bar, dem unteren Umschaltpunkt bei F1 entspricht ein Druck von ca. 1 bar. Bei Druckanstieg wird zunächst der obere Umschaltpunkt erreicht. Da die Tellerfeder 40 auf dem negativ abfallenden Kurvenstück 43 arbeitet, bleibt dieser Schaltzustand erhalten, bis der Druck unterhalb 1 bar abgesenkt ist. Man erhält so eine definierte 2-Punkt-Schaltung für den Verdrehwinkel ϕ der Einlaßnockenwelle 4. Wie Fig. 9 zeigt, ist das zugehörige Schaltdiagramm für den Verdrehwinkel ϕ infolge des Kippeffektes der Tellerfeder exakt rechteckig.

Anstelle eines Steuerschiebers kann auch ein Kugelumschaltventil verwendet werden, wie es in Fig. 10 dargestellt ist. Dabei ist in der Druckleitung 26 ein Ventilsitz 44 ausgebildet, an den eine Kugel 45 über ein Druckstück 46 mit einer sich am Steuergehäuse abstützenden Schraubenfeder 47 angedrückt ist. Ab einem bestimmten Öldruck in der Druckleitung 26 hebt die Kugel 45 vom Ventilsitz 44 ab und gibt den Weg zu dem Kanal 21 frei, über den die Spannvorrichtung 7 mit dem vollem Öldruck beaufschlagt wird.

Claims (6)

1. Vorrichtung zum hydraulischen Spannen und Verstellen einer Kette (4), mit der eine Nockenwelle (2) eines Hubkolbenmotors eine zweite Nockenwelle (3) antreibt, wobei durch Verstellen der Kette (4) mit einem Hydraulikkolben (8) die relative Drehlage der Nockenwellen (2, 3) zueinander dadurch geändert wird, daß eine Ketten-Spanneinrichtung (7) quer zur Kette (4) verschoben wird, wobei sich das Lostrum (5) der Kette (4) verlängert und das Lasttrum (6) verkürzt oder das Lostrum (5) verkürzt und das Lasttrum (6) verlängert, nach DE-Patent 40 06 910, dadurch gekennzeichnet, daß als Hydraulikflüssigkeit Motoröl verwendet wird, dessen Druck mit der Motordrehzahl ansteigt.

2. Vorrichtung nach Anspruch 1, dadurch gekennzeichnet, daß der Druck des Motoröls direkt auf den unter Federvorspannung (20) stehenden Hydraulikkolben (8) einwirkt und ihn entsprechend der Motordrehzahl kontinuierlich entgegen der Federkraft (20) verschiebt (Fig. 1, 3).

3. Vorrichtung nach Anspruch 1, dadurch gekennzeichnet, daß der Druck des Motoröls auf ein unter Federspannung (34) stehendes Steuerglied (29) einwirkt, das entsprechend der Motordrehzahl kontinuierlich verschoben wird und ab einer festlegbaren Motordrehzahl einen Kanal (21) zum Druckbeaufschlagen des Hydraulikkolbens (8) mit Motoröldruck freigibt (Fig. 2, 4, 5).

4. Vorrichtung nach Anspruch 3, dadurch gekennzeichnet, daß als Steuerglied ein durch eine Schraubenfeder (34) vorgespannter, in einem Steuergehäuse (28) längsgeführter Steuerschieber (29) dient.

5. Vorrichtung nach Anspruch 3, dadurch gekennzeichnet, daß als Steuerglied ein Kugelsitzventil (44, 45) dient, das durch eine Feder (47) in Schließlage gehalten ist und nach Öffnen durch den Motoröldruck einen Kanal (21) zum Hydraulikkolben (8) freigibt (Fig. 10).

6. Vorrichtung nach Anspruch 3, dadurch gekennzeichnet, daß das als Steuerschieber (29) ausgebildete Steuerglied durch eine Tellerfeder (40) abgestützt ist, wobei deren negativ abfallendes Kurvenstück (43) zur Steuerung benutzt wird (Fig. 6 bis 9).