DE4112813A1 - Vorrichtung zum verstellen der steuerzeiten bei einem steuerungsantrieb - Google Patents

Description

Die Erfindung betrifft eine Vorrichtung zum Verstellen der Steuerzeiten bei einem Steuerungsantrieb einer Brennkraftmaschine, gemäß dem Oberbegriff des Patentan­ spruches 1.

Aus der DE-OS 31 46 613 ist eine Vorrichtung zum Ver­ stellen der Steuerzeiten bei einem Steuerungsantrieb einer Brennkraftmaschine bekannt, bei der jede zu ver­ stellende Nockenwelle eine axial verschiebbare, über eine Vielkeilverbindung drehfest gehaltene Stellhülse aufweist, die über eine Schrägverzahnung mit einem von der Kurbelwelle der Brennkraftmaschine angetriebenen Zwischenrad in Eingriff steht. Durch Axialverschiebung der Stellhülse kann dabei die Relativverstellung der Nockenwelle bezüglich der Kurbelwelle und damit die Steuerzeit der von den Nockenwellen betätigten Ventile verändert werden. Die Axialverstellung der Stellhülse wird durch einen besonderen Stellantrieb vorgenommen.

Aufgabe der Erfindung ist es, eine Vorrichtung der gat­ tungsgemäßen Art vorzuschlagen, die baulich besonders kompakt ist und die mit geringen Verstellkräften eine Verstellung der Steuerzeiten ermöglicht.

Diese Aufgabe wird erfindungsgemäß mit den kennzeichnen­ den Merkmalen des Patentanspruches 1 gelöst. Vorteilhaf­ te und besonders zweckmäßige Weiterbildungen der Erfin­ dung sind den weiteren Patentansprüchen entnehmbar.

Im Gegensatz zu den bisher vorgeschlagenen Vorrichtungen weist die erfindungsgemäße Vorrichtung keine Verstell­ mittel auf, die die Nockenwelle relativ zum Antriebs­ zahnrad vor- oder zurückstellen, sondern sehen eine freie Verdrehbarkeit der Nockenwelle relativ zum An­ triebszahnrad vor. Die Mittel zum Kuppeln der Nockenwel­ le mit dem Antriebszahnrad wirken entweder nur in den Endstellungen "früh" und "spät" oder gegebenenfalls auch in den dazwischenliegenden Positionen. Die eigentliche Verstellung der Nockenwelle wird durch den Freigang in Verbindung mit den an der Nockenwelle auftretenden Wechselmomenten selbsttätig bewirkt.

Diese Wechselmomente, die bei bestimmten Nockenversätzen auf der Nockenwelle beim Betätigen der federnd vorge­ spannten Gaswechselventile deutlich ausgeprägt sind, be­ wirken ein Verdrehen der Nockenwelle rela­ tiv zum Antriebszahnrad, wobei eine Entkupplung jeweils beim gerade vorliegenden Wechselmoment in Richtung "früh" oder aber in Richtung "spät" erfolgen muß.

Das an der Nockenwelle wirkende Wechselmoment ist ohne weiteres festzustellen, wenn man die Nockenwelle durch­ dreht und dabei das Antriebsmoment mißt. Im Bereich der Auflauframpe eines Nockens (Gaswechselventil wird ge­ öffnet bzw. die Ventilfeder gedrückt) steigt das An­ triebsmoment an, geht in den Bereich der Nockenspitze auf den Reibungsanteil zurück und kehrt sich auf der Ab­ lauframpe um, weil nunmehr die Ventilfeder den Nocken bzw. die Nockenwelle in Antriebsrichtung beaufschlagt. Dieses Wechselmoment wird erfindungsgemäß mittels des Freiganges und des vorgeschlagenen drehwinkelgesteuerten Kuppelns zur Verstellung der Nockenwelle genutzt. Selbstverständlich sind die Wechselmomente bei mehrzy­ lindrigen Brennkraftmaschinen mit mehreren Nocken auf die Wechselmomente insgesamt in Verbindung mit der ge­ wählten Ventilbetätigung zu ermitteln und die Steuerung der Kupplung entsprechend auszulegen.

Die Mittel zum Kuppeln der Drehverbindung zwischen Nockenwelle und Antriebszahnrad können pneumatisch, hy­ draulisch, elektromagnetisch oder gemäß Patentanspruch 2 durch eine formschlüssig wirkende Kupplung gebildet sein. Diese Kupplung kann in baulich besonders einfacher und räumlich günstiger Weise eine Zahnkupplung sein oder gemäß Anspruch 4 durch axial verstellbare Stifte gebil­ det sein, die in ihrer Sperrposition mit entsprechenden Ausnehmungen im Antriebszahnrad und mit einem mit der Nockenwelle fest verbundenen Element zusammenwirken.

Zwei Ausführungsbeispiele der Erfindung sind im folgen­ den mit weiteren Einzelheiten näher erläutert. Die sche­ matische Zeichnung zeigt in

Fig. 1 einen Längsschnitt durch eine Vorrichtung zum Verstellen einer Nockenwelle relativ zu deren Antriebszahnrad für eine ventilgesteuerte Hubkolben-Brennkraftmaschine und

Fig. 2 einen Querschnitt entlang der Linie II-II der Fig. 1.

Eine nur abschnittsweise dargestellte Nockenwelle 10 für eine Hubkolben-Brennkraftmaschine trägt mehrere Nocken (nicht dargestellt) über die durch Ventilfedern in die Schließstellung vorgespannte Gaswechselventile betätigt werden. Auf der Nockenwelle sitzt ein Antriebszahnrad 12, welches über eine nicht dargestellte Kette und ein Kettenrad auf der nicht dargestellten Kurbelwelle der Brennkraftmaschine die Nockenwelle 10 antreibt. Die Nockenwelle 10 ist über nicht dargestellte Gleitlager in den ebenfalls nur teilweise dargestellten Zylinderkopf 14 der Brennkraftmaschine drehbar gelagert.

Im Detail ist das Zahnrad 12 auf einem rotationssymme­ trischen Nabenteil 100 befestigt und dieses wiederum drehbar auf einen im Durchmesser abgestuften Abschnitt 102 der Nockenwelle 10 aufgesetzt.

An das Nabenteil 100 schließen in axialer Anordnung ein rotationssysmmetrisches Ringteil 104 und eine Führungs­ hülse 106 an, die über eine Spannschraube 108 fest auf den abgestuften Abschnitten 110, 112 der Nockenwelle 10 gehalten sind.

Auf der Führungshülse 106 ist axial verschiebbar eine Stellhülse 114 gelagert, deren eines Ende (nicht darge­ stellt) mit einem hydraulischen Stellmotor 116 (z. B. eine Kolben-Zylinder-Einheit) gekoppelt ist. Das entge­ gengesetzte Ende trägt zwei Anschlagstifte 118, 120 (vgl. Fig. 2) und zwei Sperrstifte 122, 124. Die genannten Stifte 118 bis 124 erstrecken sich im wesentlichen spielfrei durch zylindrische Ausnehmungen bzw. Bohrungen des Ringteiles 104 hindurch in korrespondierende Ausneh­ mungen des Nabenteiles 100.

Dabei sind die Ausnehmungen 126, 128 für die Anschlag­ stifte 118, 120 langlochförmig und ermöglichen eine Rela­ tivverdrehung zwischen dem festen Ringteil 104 und dem drehbar gelagerten Nabenteil 100 bzw. dem darauf befes­ tigten Zahnrad 12 innerhalb des gewünschten Nockenwel­ len-Verstellbereiches. Die Anschlagstifte 118, 120 sind so lang ausgeführt, daß sie bei axialer Verschiebung der Stellhülse 114 innerhalb deren Verstellbereiches stets mit den Ausnehmungen 126, 128 im Nabenteil 100 in Ein­ griff bleiben.

Der Sperrstift 122 greift in der linken Position (ge­ zeichnet in Fig. 1) der Stellhülse 114 in eine zylindri­ sche Ausnehmung 130 des Nabenteiles 100 ein, während er in der rechten Position nur innerhalb der korrespondie­ renden Bohrung im Ringteil 104 liegt. In der gesperrten, linken Position ist die Nockenwelle 10 zum Zahnrad 12 (über das Ringteil 104 und das Nabenteil 100) in der "spät" Stellung positioniert, wobei die Anschlagstifte 118, 120 wie gezeichnet in den langlochförmigen Ausneh­ mungen 126, 128 liegen.

Der zweite Sperrstift 124 trägt einen Kopf 132, der in einer langlochförmigen Ausnehmung 134 des Nabenteiles 100 aufgenommen ist, wobei dessen Freigang in Umfangs­ richtung den Freigang der Anschlagstifte 118, 120 gleich ist. Die Ausnehmung 134 erstreckt sich in axialer Rich­ tung nicht über das gesamte Nabenteil 100, sondern geht stufenförmig in eine zylindrische Ausnehmung 136 über, in die jedoch in Umfangsrichtung ein der Stärke des Sperrstiftes 124 entsprechenden Langloch 138 mündet.

Ferner ist in dem Ringteil 104 konzentrisch zur Ausneh­ mung für den Sperrstift 124 eine zylindrische Ausnehmung 140 eingearbeitet, die zum Nabenteil 100 offen ist und in die der Kopf 132 des Sperrstiftes 124 teilweise ein­ fahren kann.

Die axiale Länge der Sperrstifte 122, 124 und des Kopfes 132 sind mit den Ausnehmungen 134, 136 und 140 so abge­ stimmt, daß beim Umschalten der Winkelstellung der Nockenwelle 10 relativ zum Zahnrad 12 durch Verschieben der Stellhülse 114 (auf der Zeichnung Fig. 1 nach rechts) zunächst der Sperrstift 122 außer Eingriff mit der Ausnehmung 130 gerät (Mittelstellung).

In dieser Stellung kann die Nockenwelle 10 in Richtung "früh" verstellt werden, wobei sich die Anschlagstifte 118, 120 in die entgegengesetzte Endposition der lang­ lochförmigen Ausnehmungen 126, 128 verlagern.

In dieser "Früh"-Stellung der Nockenwelle 10 liegt nun der Kopf 132 des anderen Sperrstiftes 124 in Überdeckung mit den Ausnehmungen 136 und 140 und kann in diese ein­ fahren, wodurch die "Früh"-Stellung gesperrt ist.

Während die Verstellung der Stellhülse 114 nach rechts hydraulisch erfolgt, wird deren Rückstellung durch die zwischen der Stellhülse 114 und der Führungshülse 106 angeordnete Schraubendruckfeder 142 bewirkt; sie kann jedoch zusätzlich auch hydraulisch über den Stellmotor 116 bewerkstelligt werden.

Anstelle der Sperrstifte 122, 124 kann jedoch auch eine Zahnkupplung 144 vorgesehen sein, die die Sperrung zwischen dem Nabenteil 100 und dem Ringteil 104 bewirkt. Dabei ist an dem Außenumfang des Nabenteiles 100 und am Außenumfang des Ringteiles 104 jeweils eine Verzahnung 146, 148 vorgesehen, auf die eine innenverzahnte Schalt­ muffe 150 aufgeschoben ist. Die Schaltmuffe 150 kann über eine nicht näher dargestellte Schaltgabel 152 derart verschoben werden, daß sie in der Sperrstellung jeweils mit beiden Verzahnungen 146, 148 in Eingriff ist und so­ mit das Zahnrad 12 formschlüssig mit der Nockenwelle 10 kuppelt.

Die Schaltmuffe 150 kann über die Schaltgabel 152 bevor­ zugt hydraulisch verstellt werden, beispielweise über den Stellmotor 116.

Zur Ansteuerung des hydraulischen Stellmotores 116 ist ein Steuergerät 164 vorgesehen, welches abhängig von der Drehzahl der Nockenwelle und mittels eines nicht darge­ stellten Positionsgebers abhängig von der Drehwinkel­ stellung die Entkupplung zwischen Nockenwelle 10 und An­ triebszahnrad 12 steuert, so daß abhängig von dem gerade vorliegenden Wechselmoment eine Verstellung der Nocken­ welle 10 relativ zum Zahnrad 12 in Richtung "früh" oder "spät" erfolgt. Bei einer entsprechend gewählten Ver­ zahnung bei der Verwendung der Zahnkupplung 144 können dabei auch gewünschte Mittelstellungen eingestellt wer­ den.

Claims (4)

1. Vorrichtung zum Verstellen der Steuerzeiten bei einem Steuerungsantrieb einer Brennkraftmaschine, mit einem von der Kurbelwelle der Brennkraftmaschi­ ne angetriebenen Zahnrad, welches auf einer Nocken­ welle zur Betätigung des Gaswechselventiles ange­ ordnet ist, wobei die Nockenwelle relativ zum Zahn­ rad über einen begrenzten Drehwinkelbereich ver­ stellbar ist, dadurch gekennzeichnet, daß die Nockenwelle (10) über zumindest einen definierten Verdrehwinkel in beiden Drehrichtungen frei zum Zahnrad verdrehbar ist und daß Mittel (Sperrstifte 122,124; Zahnkupplung 144) zum drehwinkelgesteuer­ ten Kuppeln der Nockenwelle (10) mit dem Zahnrad (12) vorgesehen sind.

2. Vorrichtung nach Anspruch 1, dadurch gekennzeich­ net, daß die Mittel zum Kuppeln der Nockenwelle (10) mit dem Zahnrad (12) formschlüssig zumindest in den Enddrehstellungen wirken.

3. Vorrichtung nach den Ansprüchen 1 und 2, dadurch gekennzeichnet, daß die Mittel durch eine Zahn­ kupplung (144) gebildet sind.

4. Vorrichtung nach den Ansprüchen 1 und 2, dadurch gekennzeichnet, daß die Mittel durch axial ver­ schiebbare Sperrstifte (122, 124) gebildet sind.