DE4023853C2 - - Google Patents

Description

Die Erfindung bezieht sich auf eine Brennkraftmaschine mit variabler Ventilsteuerung entsprechend dem Oberbegriff des Anspruchs 1.

Bei einer bekannten Brennkraftmaschine dieser Art (MTZ 50 (1989), 327-330) wird das zum Verschieben der Schaltmuffe benötigte Drucköl von der Druckölversorgung des Zylinder­ kopfes abgezweigt. Diese Druckölversorgung, die zur Schmierung der Nockenwellenlager dient und bei Vorhanden­ sein von hydraulischen Tassenstößel dafür zu sorgen hat, daß diese stets mit Öl gefüllt sind, hat nur einen ver­ hältnismäßig geringen Druck, da bei einem hohen Schmier­ öldruck wegen der zahlreichen Nockenwellenlager große Lagerleckagen entstehen, die eine große Ölpumpe erforder­ lich machen würden und die Probleme hinsichtlich der Ab­ führung der großen Leckölmengen hervorrufen. Bei hydrau­ lischen Tassenstößeln ist bei hohen Drücken ein unge­ wolltes Aufpumpen derselben zu befürchten. Andererseits ist für eine ausreichende Schmierölversorgung der Kurbel­ wellenlager ein hoher Schmieröldruck erforderlich. Aus diesem Grunde erfolgt die Schmierölversorgung des Zylinderkopfes von der Schmierölpumpe über eine Drossel­ stelle, welche den Druck im Schmierölversorgungssystem des Zylinderkopfes auf einen zulässigen Wert verringert.

Dieser relativ geringe Druck von beispielsweise 1 bar verglichen mit dem Pumpendruck von etwa 4-5 bar bedingt für den Stellkolben der Nockenwellen-Verstelleinrichtung große Kolbenflächen zur Erzielung der erforderlichen Verstellkraft, was ein großes Bauvolumen für die Ver­ stelleinrichtung zur Folge hat. Eine große Kolbenfläche bringt einen entsprechend großen Befüllungsraum mit sich, der zu verhältnismäßig langen Verstellzeiten führt.

Um diesem Problem zu begegnen, ist es aus der DE 36 16 234 A1 bekannt, die Betätigungseinrichtung für die Schaltmuffe von einem von der Brennkraftmaschine ge­ trennten Hydrauliksystem zu versorgen. Dies erfordert jedoch einen erheblichen zusätzlichen Bauaufwand.

Der Erfindung liegt die Aufgabe zugrunde, eine Brenn­ kraftmaschine der gattungsgemäßen Art zu schaffen, deren Nockenwellen-Verstelleinrichtung einen geringen Platzbe­ darf und kurze Verstellzeiten hat und eine mit geringstem Bauaufwand zu verwirklichende Druckölversorgung aufweist.

Diese Aufgabe wird erfindungsgemäß dadurch gelöst, daß der Druckölzufluß zu dem Steuerelement stromaufwärts der Drosselstelle von der Druckleitung der Schmierölpumpe abzweigt.

Bei dem erfindungsgemäßen Vorschlag steht somit der volle Druck der Schmierölpumpe für die Betätigung der Schalt­ muffe zur Verfügung, ohne daß es eines eigenen Hydraulik­ systems bedarf.

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

Fig. 1 eine schematische Darstellung einer Brennkraft­ maschine mit ihrem Schmiersystem,

Fig. 2 einen Längsschnitt der Nockenwellen-Verstellein­ richtung,

Fig. 3 einen Längsschnitt ähnlich Fig. 2, jedoch entlang Linie B-B in Fig. 4 mit einer abgewandelten Druck­ ölversorgung der Nockenwellen-Verstelleinrichtung, und

Fig. 4 einen Schnitt entlang Linie A-A in Fig. 3.

Es sei zunächst auf Fig. 1 Bezug genommen, in der schematisch eine Brennkraftmaschine dargestellt ist, die ein Zylinderkurbelgehäuse 1, einen Zylinderkopf 2 und eine Ölwanne 3 aufweist. Im Zylinderkopf 2 ist mindestens eine Nockenwelle 4 gelagert, die von der Kurbelwelle 5 der Brennkraftmaschine über ein Zugmittelgetriebe 6 ange­ trieben wird. Zur Schmierölversorgung der verschiedenen Lagerstellen der Brennkraftmaschine dient eine Ölpumpe 7, die Schmieröl aus der Ölwanne 3 ansaugt und über eine erste Förderleitung 8 zu den Lagerstellen 9 der Kurbel­ welle und durch eine zweite Förderleitung 10 über eine Drosselstelle 11 in den Zylinderkopf 2 zur Schmierung der Nockenwellenlager 12 und zur Versorgung der nicht darge­ stellten Tassenstößel fördert.

Eine Einrichtung 13, die in Fig. 2 im einzelnen darge­ stellt ist, dient zur Winkelverstellung der Nockenwelle 4 relativ zu dem von der Kurbelwelle 5 angetriebenen An­ triebsrad 14, das auf einem Fortsatz 15 der Nockenwelle 4 drehbar gelagert ist. Die Verstelleinrichtung 13 weist eine koaxial zur Nockenwelle 4 angeordnete, axial zwischen zwei Endstellungen verschiebbare Schaltmuffe 16 auf, die in der oberen Hälfte der Fig. 2 in der einen Endstellung und in der unteren Hälfte der Fig. 2 in der anderen End­ stellung dargestellt ist. Zwischen der Schaltmuffe 16 und dem Antriebsrad 14 ist eine erste, als Schrägverzahnung ausgebildete Verzahnung 17, 18 und zwischen der Schalt­ muffe 16 und der Nockenwelle 4 ist eine zweite, als Ge­ radverzahnung ausgebildete Verzahnung 19, 20 vorgesehen. Durch die Verzahnungen 17, 18 und 19, 20 wird eine form­ schlüssige Verbindung zwischen dem Antriebsrad 14 und der Nockenwelle 4 hergestellt. Beim Verschieben der Schalt­ muffe 16 wird aufgrund der Schrägverzahnung 17, 18 eine Verdrehung der Nockenwelle 4 relativ zum Antriebsrad 14 und damit eine Veränderung der Steuerzeiten der Ventile erreicht, die von den Nocken 4a der Nockenwelle 4 betätigt wird.

Die Verschiebung der Schaltmuffe 16 erfolgt hydraulisch. Zu diesem Zweck ist die Schaltmuffe 16 mit einem Stell­ kolben 21 einstückig ausgerüstet, der in einem zylindrischen Raum 22 innerhalb des Antriebsrades 14 angeordnet ist und diesen Raum in zwei Druckkammern 23 und 24 unterteilt, die durch ein Umschaltventil 25 in Abhängigkeit von Betriebs­ parametern wechselweise mit einem Drucköl-Zuflußkanal 26 oder mit einem Drucköl-Abflußkanal 27 in Verbindung ge­ bracht werden können. Das Umschaltventil 25 ist normaler­ weise in den Zylinderkopf integriert und nur der Über­ sichtlichkeit halber als eigenes Bauteil dargestellt. Die Verbindung der Druckkammer 23 mit dem Umschaltventil 25 erfolgt über eine Radialbohrung 28 in der Nockenwelle 4 und einen Kanal 29 im Zylinderkopf 1, der in der Lager­ fläche 12 der Nockenwelle 4 mündet. Die Verbindung der Druckkammer 24 mit dem Umschaltventil 25 erfolgt durch eine Längsbohrung 30, eine Radialbohrung 35 und eine Nut 36 in der Schaltmuffe 16 sowie über eine zweite Radial­ bohrung 31 in der Nockenwelle und einen Kanal 32 im Zylinderkopf, wobei der Kanal 32 wiederum in der Lagerfläche 12 der Nockenwelle 4 mündet. Die dargestellte Stellung des Um­ schaltventils 25 entspricht der Stellung der Schaltmuffe 16 in der unteren Hälfte der Fig. 2, in welcher die Druck­ kammer 24 mit dem Zuflußkanal 26 und die Druckkammer 23 mit dem Rückflußkanal 27 verbunden ist.

Wie eingangs im Zusammenhang mit Fig. 1 erwähnt, werden die Lagerstellen 12 der Nockenwelle 4 über eine Drossel­ stelle 11 mit Schmieröl versorgt. Der betreffende Schmierölkanal 33 ist in Fig. 2 gestrichelt eingezeichnet. Von ihm gehen Stichkanäle 34 zu den einzelnen Lagerstellen 12 aus. Der Drucköl-Zuflußkanal 26 für die Verstellein­ richtung 13 ist vor der Drosselstelle 11 von der Förder­ leitung 10 der Schmierölpumpe 7 abgezweigt. Dadurch kann der volle Öldruck der Schmierölpumpe 7 für die Verstell­ einrichtung ausgenutzt werden, was zur Folge hat, daß der Stellkolben 21 einen verhältnismäßig kleinen Durchmesser haben und somit problemlos innerhalb des Antriebsrades 14 angeordnet werden kann. Durch das kleine zu befüllende Volumen der Druckkammern 23, 24 und den hohen Druck lassen sich äußerst kurze Schaltzeiten verwirklichen.

Um eine ausreichende Schmierölversorgung des Lagers 12, durch dessen Lagerfläche die Druckölversorgung der Ver­ stelleinrichtung vorgenommen wird, über dessen ganze Breite sicherzustellen, sind für dieses Lager drei Stich­ kanäle 34a vorgesehen, die in der Mitte und zu beiden Seiten der Mündungen der Kanäle 29, 32 in die Lager­ fläche münden.

In Fig. 3 und 4 ist eine abgewandelte Druckölversorgung der Druckkammern 23 und 24 dargestellt, und zwar erfolgt die Druckölversorgung durch zwei parallele Längsbohrungen 40 und 41 und Radialbohrungen 42, 43 in der Schaltmuffe 16′, die wie im Ausführungsbeispiel gemäß Fig. 2 mit Radialbohrungen 44, 45 in der Nockenwelle 4′ in Ver­ bindung stehen, welche ihrerseits durch Kanäle 29′, 32′ mit dem Umschaltventil 25 verbunden sind. Um eine ein­ wandfreie Versorgung des Nockenwellenlagers 12′ mit Schmieröl durch den Stichkanal 34′ sicherzustellen, ist in der Lagerschale des Lagers 12′ für jede Radialbohrung 44, 45, eine Halbkreisnut 46 im weniger belasteten Bereich des Lagers vorgesehen, über welche die Zu- und Rückführung des Drucköls zu bzw. von den Druckkammern erfolgt. Dadurch kann das Schmieröl aus dem Stichkanal 34′ auch in den Be­ reich des Lagers gelangen, der - jedoch nur zur Hälfte - mit dem drucklosen Rückflußkanal 27 in Verbindung steht, also in den Bereich der in Fig. 4 unteren Lagerhälfte.

Der erfindungsgemäße Vorschlag, die Druckölversorgung der Verstelleinrichtung vor der Drosselstelle 11 abzuzweigen, ist auch bei einer Verstelleinrichtung verwendbar, bei der der Stellkolben nur einseitig mit Drucköl beaufschlagt wird, um eine Verschiebung der Schaltmuffe in einer Richtung zu bewirken, während die Verschiebung in der anderen Richtung durch Federkraft erfolgt. Eine derartige Verstelleinrichtung ist beispielsweise aus der DE 33 16 162 A1 bekannt.

Claims (3)

1. Ventilgesteuerte Brennkraftmaschine mit einer im Zylinderkopf (2) gelagerten Nockenwelle (4) und einer zum Verdrehen der Nockenwelle relativ zu einem koaxialen Antriebsrad (14) dienenden Einrichtung (13), die eine koaxial zur Nockenwelle (4) angeordnete, axial zwischen zwei Endstellungen verschiebbare Schaltmuffe (16) aufweist, welche durch eine erste Verzahnung (17, 18) mit dem Antriebsrad (14) und durch eine zweite Ver­ zahnung (19, 20) mit der Nockenwelle (4) formschlüssig verbunden ist und einen doppelt wirkenden hydraulischen Stellkolben (21) aufweist, der in einem zylindrischen Raum (22) angeordnet ist und diesen in zwei getrennte Druckkammern (23, 24) unterteilt, die in Abhängigkeit von der Stellung eines Steuerelements (25) wechselweise mit einer Drucköl-Zuflußleitung (26) oder mit einer Drucköl-Rückflußleitung (27) in Verbindung bringbar sind, wobei die Schmierölversorgung der Nockenwellen­ lager (12) von einer Schmierölpumpe (7) über eine Druckleitung (10) und eine Drosselstelle (10) erfolgt, dadurch gekennzeichnet, daß der Druckölzufluß (26) zu dem Steuerelement (25) stromabwärts der Drosselstelle (11) von der Druck­ leitung (10) der Schmierölpumpe (7) abzweigt.

2. Brennkraftmaschine nach Anspruch 1, dadurch gekenn­ zeichnet, daß das die Drucköl-Zuflußleitung (26) und die Drucköl-Rückflußleitung (27) mit den Druckkammern (23, 24) in Verbindung bringende, als Umschaltventil ausgebildete Steuerelement (25) über Kanäle (29, 32) im Zylinderkopf mit einer Lager­ stelle (12) der Nockenwelle (4) in Verbindung steht, und daß zwischen den Mündungen und zu beiden Seiten der Mündungen dieser Kanäle (29, 32) Stichkanäle (34a) für die Zu­ führung von Schmieröl zu diesem Lager in dessen Lager­ fläche münden.

3. Brennkraftmaschine nach Anspruch 1, dadurch gekenn­ zeichnet, daß das die Drucköl-Zuflußleitung (26) und die Drucköl-Rückflußleitung (27) mit den Druckkammern (23, 24) in Verbindung bringende, als Umschaltventil ausgebildete Steuerelement (25) über Kanäle (29′, 32′) im Zylinderkopf mit einer Lager­ stelle (12′) der Nockenwelle (4′) in Verbindung steht, und daß diese Kanäle in Halbkreisnuten (46) im weniger belasteten Bereich der Lagerfläche münden, und daß zwischen diesen Halbkreisnuten ein Stichkanal (34′) zur Zuführung von Schmieröl zu der Lagerfläche mündet.