DE4116196A1 - Nockenwelle-verstellvorrichtung fuer verbrennungsmotoren - Google Patents

Description

Die Erfindung betrifft eine Verstellvorrichtung für Nockenwellen von Verbrennungsmotoren, insbesondere 4-Takt- Verbrennungsmotoren, der im Oberbegriff des Anspruchs 1 angegebenen Art.

Bei einer aus der EP-A-01 63 046 bekannten Verstellvor­ richtung sind zwei auf einem Durchmesser eines mit der Nockenwelle verbundenen Teils angeordnete hydraulische Stellmotoren vorgesehen, mit je einem Stellkolben, der über eine Rolle auf eine Rampe wirkt, die auf einem das mit der Nockenwelle verbundene Teil radial umgreifenden Antriebszahnrad angeordnet sind. Beide Stellmotoren werden separat mit Druck beaufschlagt und die Druckeinwirkung wird durch separate Ventile geregelt. Die Stellmotore werden dabei durch eine Ventilanordnung so angesteuert, daß der nach außen bewegte Kolben des einen Stellmotors mit Druck beaufschlagt wird und der Arbeitsraum des anderen, gegenüberliegenden Stellmotors entlastet ist, so daß der Kolben dieses Stellmotors der Rampe folgend aus­ weichen kann. Bei ungleichem Druck in den Stellmotoren verschiebt sich der Stellkolben und die Rolle wirkt sowohl auf die Rampe des Antriebsrades als auch auf die Welle. Diese Winkelverstellung kann in beiden Richtungen erfol­ gen. Die in einem Verbrennungsmotor vorhandene Öldruck­ quelle kann zwar hierbei zur Verstellung der Nockenwelle als Druckquelle eingesetzt werden, sie arbeitet aber nur mit relativ niedrigem Druck und dadurch auch träge. Zudem ist der zusätzliche Druckmittelbedarf erheblich, wodurch der Einsatz einer größeren Öldruckquelle erforderlich ist. Eine getrennte Hochdruckpumpe andererseits erfordert auch wiederum einen höheren Aufwand und Energieverbrauch.

Darüberhinaus ist die bekannte Vorrichtung auch deswegen aufwendig, weil zur Ansteuerung der beiden Stellmotore zwei getrennte Magnetventile oder ein Dreistellungs-Ventil zum Einsatz gebracht werden müssen. Weiterhin ist die sich durch die vorgeschlagene Konstruktion ergebende starre Kopplung zwischen Nockenwelle und Nockenwellenantriebsrad in verschiedenen Anwendungsfällen nachteilig.

Desweiteren sind Lösungen für das Verstellen der Nocken­ welle eines Verbrennungsmotors bekannt, bei denen schräg­ verzahnte Zwischenelemente die Verbindung zwischen Nocken­ welle und Nockenwellenantriebsrad herstellen. Vorschläge dieser Art sind jedoch sehr kostenintensiv, da die Nocken­ welle an ihrem in den Nockenwellenversteller hineinragen­ den Endabschnitt ein geradverzahntes Ritzel benötigt, das Nockenwellenantriebsrad an seiner Innenseite eine Schräg­ verzahnung tragen und das beide Teile verbindende Zwi­ schenelement außen eine Schräg- und innen eine Geradver­ zahnung aufweisen. Der geforderte Winkelversatz zwischen Nockenwelle und ihrem Antriebsrad wird durch eine axiale Verschiebung des Zwischenelements erreicht. Für eine si­ chere Funktionsweise der Verstellvorrichtung müssen die Einzelteile mit hoher Präzision hergestellt werden.

Der Erfindung liegt die Aufgabe zugrunde, eine Vorrichtung anzugeben, welche bei minimalen Druckmittelbedarf und ge­ ringem Aufwand eine zügige relative Verdrehung der Nocken­ welle in Bezug auf das Nockenwellenantriebsrad über einen weiten Drehzahlbereich ermöglicht.

Diese Aufgabe wird mit den kennzeichnenden Merkmalen des Anspruchs 1 gelöst.

Die Erfindung beruht auf der Erkenntnis, daß durch das bewußte Zulassen einer definierten Drehvibration der Einlaß-Nockenwelle (je nach Hauptdrehrichtung des Motors) nach vorwärts, d. h. in Richtung "früh" oder nach rück­ wärts, d. h. in Richtung "spät" die bisher bekannte starre Kupplung zwischen Nockenwelle und Nockenwellenantriebsrad durch eine begrenzt nachgiebige Kopplung ersetzt werden kann, um auf diese Weise eine Antriebsquelle für die Nockenwellenverstellung zu erschließen. Bei herkömmlichen Motoren ist an sich eine ganz geringe Vibration zwischen Kurbelwelle und Nockenwelle vorhanden, die vor allem auf die bekannte Drehmomentenschwankung des Nockenwellen- Ventilbetriebes zurückzuführen ist. Diese Tatsache ist auf vorteilhafte Weise für eine Drehwinkelverstellung zwischen Nockenwelle und Nockenwellenantriebsrad nutzbar und be­ wirkt, zumindest im Teillastbereich, einen positiven Ein­ fluß auf die Gemischaufbereitung.

Bevorzugt besteht die Nockenwellen-Verstellvorrichtung aus einem zylindrischen Gehäuse, an dessen Außenseite das Nockenwellenantriebsrad befestigt ist. An der einen Stirn­ seite des Gehäuses ist ein Magnetventil mittig und ver­ drehsicher angeordnet, an der anderen Gehäusestirnseite ist ein Endabschnitt der Nockenwelle ebenfalls mittig ein­ geführt. Das Nockenwellenende ist innerhalb des Gehäuses an zwei Stellen drehbar gelagert. Bezüglich des Nockenwel­ lenendes ist das Gehäuse durch eine am Gehäuse verschraub­ te Scheibe axial abgefangen. In dem Bereich zwischen den beiden Lagerstellen innerhalb des Gehäuses trägt die Nockenwelle erfindungsgemäß, axial versetzt, ein Nocken­ paar und eine Einzelnocke. Bei einer bevorzugten Form der Erfindung befindet sich die Einzelnocke neben der am wei­ testen innenliegende Lagerstelle der Nockenwelle. Die drei Nocken haben grundsätzlich ähnliche Formen und weisen be­ vorzugt jeweils einen von der Nockenwelle ausgehenden ge­ radlinigen und einen bogenförmig konvexen Bereich auf, die sich am Nockenende treffen.

Die einzelnen Nocken des Nockenpaares sind im wesentlichen gleich groß, jedoch im Verhältnis zu dem Einzelnocken in Höhe und Breite kleiner, und diametral gegenüberliegend auf der Nockenwelle angeordnet. Im Gehäuse der Nocken­ wellen-Verstellvorrichtung sind, an der Gehäuseinnenwan­ dung befestigt, weiterhin drei hydraulische Stellmotore vorgesehen, die mit den vorgenannten drei Nocken in Wirk­ eingriff stehen. Die Stellmotore sind grundsätzlich gleichartig aufgebaut und weisen jeweils einen Kolben, ei­ ne Druckfeder und einen Kolbenraum auf, der mit Motorenöl als Hydraulikmedium gefüllt ist. Die dem Nockenpaar zuge­ ordneten zwei hydraulischen Stellmotore liegen sich, ent­ sprechend der einzelnen Nocken, ebenfalls diametral ge­ genüber.

Der mit dem Einzelnocken in Wirkeingriff stehende dritte Stellmotor ist zwischen den beiden vorgenannten Stellmoto­ ren um 90° und entsprechend auch axial versetzt an der Ge­ häuseinnenwand befestigt. Im Grundzustand werden die Kol­ ben der Stellmotore durch die entsprechenden Federn auf die jeweiligen Nocken gedrückt. Dabei befinden sich die Kolben der sich diametral gegenüberliegenden Stellmotore mit den Nocken des Nockenpaares am höchsten Punkt der Noc­ ken in Wirkungseingriff, wo gerader und bogenförmig konve­ xer Nockenabschnitt zusammenstoßen. Der Kolben des der Einzelnocke zugeordneten dritten hydraulischen Stellmotors befindet sich am Fußpunkt des bogenförmig konvexen Ab­ schnitts der Nocke mit dieser in Wirkeingriff.

Die Nockenwelle kann sich zwischen zwei Anschlägen relativ zum Gehäuse der Verstellvorrichtung um einen Betrag von ca. ±30° drehen. Die Begrenzung der Drehbewegung der Nockenwelle in Richtung "spät" ist durch einen Hebel er­ reichbar, der an axial gleicher Stelle wie die Einzelnocke an der Nockenwelle, jedoch etwa diametral gegenüber dem zur Einzelnocke gehörigen Stellmotor, befestigt ist. Die­ ser Hebel drückt bei Stellung "spät" der Nockenwelle auf eine im Gehäuse angeordnete Feder, die eine erforderliche Nockenwellenbewegung in Richtung "früh" unterstützt.

Erfindungsgemäß ist der Kolbenraum der einzelnen Stellmo­ tore über ein Rückschlagventil, das ein Abströmen des Hy­ draulikmediums aus dem Kolbenraum verhindert, mit der Pum­ pe des Schmieröl-Kreislaufes des Verbrennungsmotors direkt durch eine Hydraulikleitung verbunden. Gleichzeitig ist bei dem ersten und zweiten Stellmotor, die mit den Nocken des Nockenpaares in Wirkungseingriff stehen, eine weitere Hydraulikleitung vorhanden, die, parallel zum vorgenannten Rückschlagventil angeordnet, über eine Blende zur Pumpe des Schmieröl-Kreislaufs führt und durch das Magnetventil der Nockenwellen-Verstellvorrichtung schaltbar ausgeführt ist. Dabei ist die Hydraulikleitung im stromlosen Zustand des Magnetventils geöffnet. Das bedeutet, daß in diesem Schaltzustand des Magnetventils Hydraulikmedium aus dem entsprechenden Stellmotor abströmen könnte. Ebenso wie die Kolbenräume der mit dem Nockenpaar zusammenwirkenden Stellmotore besitzt auch der Kolbenraum des dritten Stell­ motors, der mit der Einzelnocke in Wirkungsverbindung steht, eine Abströmleitung, die parallel zum Rückschlagventil der Versorgungsleitung von der Pumpe geschaltet ist. Diese Leitung ist jedoch nicht durch das Magnetventil der Nockenwellenverstellvorrichtung schaltbar, sondern ent­ hält die Parallelschaltung eines Rückschlagventils und einer Strömungsdrossel. In Abhängigkeit von der Dimensio­ nierung der beiden Elemente ist ein definiertes Abströmen des Hydraulikmediums aus dem Kolbenraum zurück zur Schmiermittelpumpe möglich. Die Abströmmöglichkeit ver­ leiht dem Kolben des der Einzelnocke zugeordneten dritten Stellmotors federnde bzw. bewegungsdämpfende Eigenschaften bei Druckbelastung des Kolbens von außen.

Das ermöglicht, daß bei Betrieb des Verbrennungsmotors jedesmal, wenn an der Nockenwelle eine zusätzliche Drehmomentenschwankung in Richtung "früh" erfolgt, ausgehend von der Anschlagstellung der Nockenwelle eine bestimmte Verdrehung der Nockenwelle in Richtung "früh" bewirkt wird und dadurch die Einzelnocke den Kolben des mit ihr in Wirkungseingriff stehenden dritten Stellmotors in den Kolbenraum schiebt.

Bei einer Drehmomentenschwankung an der Nockenwelle in Richtung "spät" wird sich die Einzelnocke entsprechend der erfindungsgemäßen Konstruktion zurück in Richtung des Anschlages bewegen. Der Kolben des der Einzelnocke zuge­ ordneten dritten Stellmotors wird durch die Federkraft der Feder des Stellmotors und durch den von der Schmiermittel­ pumpe erzeugten hydraulischen Druck dieser Bewegung fol­ gend aus dem Stellmotor herausgedrückt. Die Nachgiebigkeit des Kolbens des mit der Einzelnocke in Wirkungseingriff stehenden dritten Stellmotors in Richtung "früh" ist entsprechend der zu erwartenden Drehmomentenschwankung an der Nockenwelle in Abhängigkeit von der Motorendrehzahl und dem gewünschten Vibrationsausschlag geeignet fest­ zulegen. Bei höheren Motordrehzahlen und insbesondere bei Vollast ist die Einlaßventil-Nockenwelle relativ weit in Richtung "spät" zu halten. Das erfordert entsprechend kleine Auslenkungsbewegungen für den Kolben des mit der Ein­ zelnocke in Wirkungseingriff stehenden Stellmotors. Für eine sinnvolle Funktion der gesamten Anordnung muß deshalb in diesem Betriebszustand die Gegenkraft des Kolbens größer werden. Dies wird durch entsprechende Auslegung der Strömungsdrossel in der vom Stellmotor abgehenden Abström­ leitung möglich.

Bei der erfindungsgemäßen Nockenwellen-Verstellvorrichtung löst damit der mit der Einzelnocke in Wirkungseingriff stehende dritte Stellmotor die Aufgabe, die gewünschte, begrenzt nachgiebige, Kopplung zwischen Nockenwelle und Nockenwellenantriebsrad herzustellen und die Nockenwellen­ verdrehung gegenüber dem Nockenwellenantriebsrad unter Nutzung der zulässigen Drehvibration und vorhandenen Dreh­ momentenschwankungen einzuleiten. Die Eigenschaften des gedämpften und federnden Kolbens des Stellmotors können dazu auf vorteilhafte Weise genutzt werden.

Der erste und der zweite Stellmotor, die mit den Nocken des Nockenpaares in Wirkungseingriff stehen, haben die Aufgabe, einen sich einstellenden Verdrehzustand bis zum Zeitpunkt der nächsten notwendigen Änderung zu fixieren. Die relative Nockenwellenverstellung geht dabei so vor sich, daß die Kolben der dem Nockenpaar zugeordneten beiden Stellmotore bei Nockenwellenvibration in Richtung "früh" den einzelnen Nocken folgend aus dem Stellmotor heraustreten und der erste und zweite Stellmotor dabei Motorenöl durch ihre Verbindungsleitung zur Schmiermit­ telpumpe über das entsprechende Rückschlagventil nachsaugen bzw. von der Schmiermittelpumpe nachgefördert bekommen.

Bei einer Momentenschwankung an der Nockenwelle in Rich­ tung "spät" wird die Nockenwelle gehindert, einen dies­ bezüglichen Winkelweg in Richtung "spät" auszuführen, da die Rückströmleitungen der beiden Stellmotoren über das Magnetventil gesperrt sind.

Der relative Winkelweg der Nockenwellenverstellung in Richtung "früh" verläuft innerhalb des Freiraums für die Bewegung der Nockenwelle zwischen den beiden vorhandenen Anschlägen im Gehäuse der erfindungsgemäßen Nockenwellen- Verstellvorrichtung treppenförmig in Abhängigkeit von der Zeit. Die Schnelligkeit, mit der die Treppenkurve durch­ laufen wird, kann erfindungsgemäß auf vorteilhafte Weise durch die Wahl der Bemessung der einzelnen Nocken, die me­ chanischen Eigenschaften der Elemente der Stellmotore so­ wie von der Dimensionierung der Rückströmleitung des der Einzelnocke zugeordneten Stellmotors beeinflußt werden. In gewissem Umfang hängt sie auch von der Zähigkeit des Schmiermittels ab.

Um die erreichte Nockenwellenverdrehung aufgabengemäß va­ riieren zu können, ist es erfindungsgemäß auf einfache Weise nur erforderlich, daß das im Gehäuse der Nocken­ wellen-Verstellvorrichtung angeordnete Magnetventil ge­ schaltet wird. Dadurch werden die Abströmleitungen des er­ sten und zweiten Stellmotors durchgeschaltet und bei der ersten Nockenwellen-Drehmomentenschwankung in Richtung "spät" wird die Nockenwelle um einen gewissen Betrag zu­ rückgestellt. Bei dieser sogenannten Grobverstellung kann das Magnetventil zu einem beliebigen Zeitpunkt schalten, um einen gewissen Verstellbereich zu erreichen. Der dritte Stellmotor unterstützt diesen Vorgang durch Federwirkung und Druck der Schmiermittelpumpe. Die Schnelligkeit dieser Rückwärtsbewegung kann durch die Wahl der Blenden in den Abströmleitungen und den Strömungswiderstand des Magnet­ ventils variiert werden.

Zum Zwecke einer feineren Positionierung oder eines exak­ ten Haltens der Nockenwelle auf einer bestimmten Winkelpo­ sition ist es erforderlich, das Magnetventil zu einem ganz bestimmten Zeitpunkt anzusteuern. Durch rechtzeitiges Öff­ nen und Schließen des Ventils kann auch eine zu große Ver­ stellung wieder rückgängig gemacht werden. Dazu muß jedoch zu jedem Zeitpunkt die genaue Winkellage der Nockenwelle bzw. der genaue Zeitpunkt der Drehmomentenschwankung in Richtung "spät" bekannt sein. Die Feinpositionierung setzt demzufolge den Einsatz eines schnellen Magnetventils und einer exakt arbeitenden Ansteuerelektronik voraus.

Die vorab beschriebene Konstruktion und die daraus resultierenden vorteilhaften Eigenschaften der variablen Nockenwellen- Verstellvorrichtung beziehen sich auf die Hauptdrehrichtung des Verbrennungsmotors nach rechts.

Bei einer Hauptdrehrichtung des Verbrennungsmotors nach links, oder bei rechtsdrehendem Verbrennungsmotor spiegel­ bildlich umgeklappter Anordnung, kann die federnde Wirkung und die Dämpfungseigenschaft des Kolbens des dritten Stellmotors ebenfalls auf vorteilhafte Weise genutzt wer­ den. Hierzu ist lediglich die Nachgiebigkeit des Kolbens des dritten Stellmotors in Richtung "spät" den Betriebsbe­ dingungen besonders anzupassen. Insbesonder bei höheren Drehzahlen und bei Vollast muß die Einlaßventil-Nocken­ welle relativ weit in Richtung "spät" gehalten werden. Di­ es erfordert eine große Auslenkungsposition des Kolbens des dritten Stellmotors bei gleichzeitig zu erwartender hoher Momentenschwankung.

Es hat sich weiterhin als vorteilhaft erwiesen, die Nockenform der Einzelnocke zusammen mit den Eigenschaften der einzelnen Elemente des dritten Stellmotors so abzu­ stimmen, daß die Verstellkraft des dritten Stellmotors genügend groß ist, das mittlere Widerstandsdrehmoment der Nockenwelle und die Widerstände der Kolben des ersten und zweiten Stellmotors sicher zu überwinden. Für eine sinn­ volle Funktion der Gesamtanordnung muß, insbesondere bei einer großen Auslenkungsposition des Kolbens des dritten Stellmotors, dessen Gegenkraft entschieden vergrößert wer­ den. Dies ist erfindungsgemäß auf einfache Weise (neben einer möglichen Erhöhung der Federkonstante der entspre­ chenden Feder im dritten Stellmotor) erreichbar, indem in­ nerhalb der Gleitstrecke des Kolbens des dritten Stellmo­ tors in der Gehäusewandung der Nockenwellen-Verstellvor­ richtung eine Ringnut quer zur Gleitstrecke eingearbeitet ist und an diese Nut die Abströmleitung des dritten Stell­ motors mit parallelliegender Strömungsdrossel und Rückschlagventil angeschlossen ist. Es ist weiterhin erfin­ dungswesentlich, daß der Kolben des dritten Stellmotors an seinem dem Einzelnocken abgewandten Ende einen keilför­ migen oder konturierten Schlitz besitzt, dessen Spitze in Richtung der Einzelnocke weist. Je nach Auslenkungsweite des Kolbens überfährt der Schlitz die vorgenannte Nut und schaltet damit in die Abströmleitung eine zusätzliche, von der Auslenkung des Kolbens abhängige Strömungsdrossel. Im Falle einer zu starken Drosselung kann der Kolben auch mit mehr als einem Schlitz ausgestattet werden. Je weiter die Schlitze die Nut überfahren, um so stärker wird die Dros­ selwirkung. Wenn der Kolben die Nut vollkommen passiert hat, ist für den weiteren Weg des Kolben nur noch seine eigene Leckage als Dämpfungsdrossel wirksam.

Der erste und der zweite Stellmotor übernehmen bei Haupt­ drehrichtung des Verbrennungsmotors nach links die Begren­ zung der Nockenwellenverstellung in Richtung "früh". Die relative Nockenwellenverstellung in Richtung "spät" er­ folgt durch Nockenwellenvibration in diese Richtung, wobei die Kolben des ersten und zweiten Stellmotors den Nocken folgen und dabei Strömungsmittel über die Rückschlagventile nachsaugen bzw. über die Strömungsmittel-Pumpe nachge­ fördert bekommen. Der relative Nockenwellenwinkelweg ist als Funktion von der Zeit treppenförmig. Erst bei Ansteu­ ern des Magnetventils wird die Begrenzungswirkung des er­ sten und zweiten Stellmotors für eine Nockenwellendrehung in Richtung "früh" aufgehoben. Es ist ein Druckausgleich in den Kolbenräumen des ersten und zweiten Stellmotors über die Abströmleitungen möglich und die Nockenwelle wird bei der folgenden Momentenschwankung in Richtung "früh" entsprechend grob nachgestellt. Eine Feineinstellung ist nur über eine Winkellagenerfassung der Nockenwelle und ei­ ne exakte Ansteuerelektronik für ein schnelles Magnetven­ til möglich.

Nach einer weiteren Ausführungsform der Erfindung ist auch eine Auslaßventil-Nockensteuerung auf einfache Weise mög­ lich, indem die Bewegungsabläufe umgekehrt werden und die zusätzlichen Nocken der Nockenwelle, die innerhalb des Gehäuses der Nockenwellen-Verstellvorrichtung plaziert sind, eine umgekehrte Steigung aufweisen.

Vorteilhafte Weiterbildungen der Erfindung sind in den Un­ teransprüchen gekennzeichnet bzw. werden nachstehend zu­ sammen mit der Beschreibung der bevorzugten Ausführung der Erfindung anhand der Figuren näher dargestellt.

Es zeigen:

Fig. 1 einen Längsschnitt durch die erfindungsgemäße Nockenwellen-Verstellvorrichtung,

Fig. 2 einen Querschnitt durch die erfindungsgemäße Nockenwellen-Verstellvorrichtung längs der Linie A...A gemäß Fig. 1 für die Hauptdrehrichtung des Verbren­ nungsmotors nach rechts bei einer Nockenwellenverstellung in Richtung "spät",

Fig. 3 einen Querschnitt wie Fig. 2, jedoch für die Hauptdrehrichtung des Verbrennungsmotors nach links bei einer Nockenwellenverstellung in Richtung "früh",

Fig. 4 eine Diagrammdarstellung der Nockenwellen­ verstellung in Richtung "früh" (Grobeinstellung) in Abhängigkeit vom Nockenwinkel bei Hauptdrehrichtung des Verbrennungsmotors nach rechts,

Fig. 5 eine Diagrammdarstellung der Nockenwellen­ verstellung in Richtung "spät" (Feineinstellung) in Abhängigkeit vom Nockenwinkel bei Hauptdrehrichtung des Verbrennungsmotors nach links.

Die Darstellung des Schnittes der Nockenwellen-Verstell­ vorrichtung in Fig. 1 zeigt zum einen die räumliche Zu­ ordnung des einen Endes der Nockenwelle 1 und des Magnet­ ventils 15 innerhalb des Gehäuses 2 der Nockenwellen- Verstellvorrichtung und zum anderen die Lage der drei hy­ draulischen Stellmotore 22, 23 und 24 in Bezug auf die drei zusätzlichen Nocken, die axial versetzt zwischen den beiden Lagerstellen 2.1 und 2.2 der Nockenwelle 1 inner­ halb des Gehäuses 2 angeordnet sind. Die hydraulische Versorgung der Stellmotore 22, 23 und 24 mit der erfor­ derlichen Schmiermittelmenge erfolgt durch eine zentrale Bohrung 1.5 in der Nockenwelle 1 über eine Ringnut 2.8 an der Gehäuseinnenwand und die Hydraulikleitungen 2.6, 2.7 und 2.17, die jeweils mit den Rückschlagventilen 11, 12 und 18 versehen sind. Die für die gewünschte variable Nockenwellenverstellung erforderliche Schaltfähigkeit der hydraulischen Leitungen 2.11 und 2.12 erfolgt über das Magnetventil 15 mittels der im Gehäuse 2 der Verstellein­ richtung vorgesehenen Nuten 2.9 und 2.10. Die Restölmenge 2.22, die sich im Nockenraum des Gehäuses 2 ansammelt, stammt aus möglichen Leckagen und kann über die Leitungen 2.21 und 2.16 auf einfache Weise in den Innenraum des Verbrennungsmotors abgeleitet werden.

In der Querschnittsdarstellung der erfindungsgemäßen Verstellvorrichtung nach Fig. 2 ist die Zuordnung der zusätzlich an dem im Innern des Gehäuses 2 untergebrachten Abschnitt der Nockenwelle 1 angeordneten Nocken 1.1, 1.2 und 1.3 bezüglich der drei hydraulischen Stellmotore 22, 23 und 24 näher ersichtlich. Die eine gleiche Form besit­ zenden Nocken 1.1 und 1.2 sind diametral gegenüberliegend an der Nockenwelle angeordnet. Sie stehen in Wirklungsein­ griff mit den Kolben 4 und 5 der Stellmotore 22 und 23. Axial gegenüber dem Nockenpaar 1.1, 1.2 in Richtung zum Magnetventil 15 versetzt und um 90° gedreht angeordnet ist der Nocken 1.3, der mit dem Kolben 6 des dritten hy­ draulischen Stellmotors 24 in Wirkungseingriff steht. Die Drehvibrationen in vorteilhafter Weise ausnutzend, ermög­ licht vor allen das Zusammenwirken von Stellmotor 24 mit dem Nocken 1.3 die begrenzt nachgiebige Kopplung zwischen Nockenwelle 1 und dem Nockenwellenantriebsrad mit seinem Zahnkranz 2.3.

Die Nocken 1.1, 1.2 und 1.3 haben ähnliche Querschnitts­ formen die durch einen geradlinigen und einen bogenförmig konvexen Abschnitt, welche im Nockenendpunkt zusammensto­ ßen, bestimmt werden. Der Nocken 1.3 und der Stellmotor 24 besitzen größere äußere Abmessungen als die Nocken 1.1 und 1.2 bzw. die Stellmotore 22 und 23, da sie stärkeren me­ chanischen Belastungen ausgesetzt sind. Die Abströmleitung 2.18 des Stellmotors 24 enthält als Parallelschaltung eine Strömungsdrossel 19.2 und ein Rückschlagventil 19.1 und ist grundsätzlich nicht schaltbar. Zum Zwecke des stabile­ ren Haltens einer bestimmten Hockenwellenverdrehung ist es von Vorteil, die Leitung 2.18 mittels eines zusätzlichen Magnetventils 21 schaltfähig zu gestalten.

In Höhe des Nockens 1.3 ist an der Nockenwelle 1 ein zusätzlicher Hebel 1.4, senkrecht zum Nocken 1.3, querab stehend angebracht, der seinerseits bei einer Nocken­ wellenstellung in Richtung "spät" auf eine im Gehäuse 2 angebrachten Feder 10 drückt. Die Feder 10 ist unverlier­ bar in einer Gehäusebohrung untergebracht. Sie unterstützt in vorteilhafter Weise einen Verstellvorgang in Richtung "früh" und wird nach einem bestimmten Winkelweg der Noc­ kenwelle freigegeben.

Die drei hydraulischen Stellmotore 22, 23, 24 sind grund­ sätzlich gleichartig aufgebaut und besitzen je einen topfförmigen Kolben 4, 5 und 6, eine Feder 7, 8 und 9 so­ wie einen mit Motorschmiermittel gefüllten Kolbenraum 2.4, 2.5 und 2.20.

In Fig. 3 ist im Unterschied zu der Darstellung gemäß Fig. 2 ein Querschnittsbild durch die erfindungsgemäße Nockenwellen-Verstellvorrichtung längs der Linie A...A in Fig. 1 für eine Hauptdrehrichtung der Verbrennungsmotors nach links bei einer Nockenwellenverstellung nach "früh" dargestellt. Nach einer vorteilhaften Ausgestaltung der Erfindung besitzt hier der Kolbenraum 2.20 des Stellmo­ tors 24 eine zusätzliche Ringnut 2.23, die in das Gehäu­ se 2 eingelassen ist. Darüberhinaus ist der Kolben 6 mit einem oder mehreren Schlitzen 6,1 versehen, die keilförmig oder konturiert ausgeführt sind und bei Kolbenbewegung an der Ringnut 2.23 vollständig vorbeigeführt werden.

Diese Konstruktion ist deshalb erforderlich, da bei höhe­ ren Motordrehzahlen und bei Vollast die Nockenwelle 1 re­ lativ weit nach Richtung "spät" gehalten werden muß. Dies bedeutet weite Kolbenauslenkung bei relativ großen Momen­ tenschwankungen an der Nockenwelle, die durch eine größere Gegenkraft des Kolbens 6 beherrscht werden kann. Die Kom­ bination zwischen Schlitz 6.1 und Ringnut 2.23 ergibt eine zusätzliche auslenkungsabhängige Strömungsdrossel.

Die Diagrammdarstellungen nach Fig. 4 und 5 zeigen die Nockenwellenverstellung in Abhängigkeit von Nockenwinkel für unterschiedliche Hauptdrehrichtungen des Verbrennungs­ motors. Gleichzeitig wird durch Darstellung des entspre­ chenden Verlaufs der Momentenschwankungen an der Hocken­ welle und der Taktfolge der Steuerspannung am Magnetventil 15 die Abhängigkeit des gewünschten Verstelleffekts von diesen Größen sichtbar. Fig. 4 zeigt den Kurvenverlauf für Grobeinstellung der Nockenwellenverstellung, Fig. 5 eine entsprechende Feineinstellung. Für die feinere Posi­ tionierung oder ein relativ exaktes Halten der Nockenwelle ist nötig, das Magnetventil 15 zu ganz bestimmtem Zeit­ punkten zu schalten. Hierzu muß die Winkellage der Nockenwelle gemessen werden und der Zeitpunkt der Momen­ tenschwankung nach vorwärts oder rückwärts (je nach Motor­ drehrichtung) bekannt sein. Dazu sind gute Meßeinrichtun­ gen, eine exakt arbeitende Ansteuerelektronik sowie ein schnell arbeitendes Magnetventil erforderlich. Die Ausnut­ zung der Nockenwellenvibrationen in Richtung "früh" wird durch den Einsatz des Gegenkolbens 6 des dritten Stellmo­ tors 24 im Zusammenwirken mit der Nocke 1.3 ermöglicht. Dies führt bei Hauptdrehrichtung des Motors nach rechts zu einer Treppenfunktion der Winkelverstellung in Abhängig­ keit von der Zeit. Die Steuermöglichkeit mit dem Magnet­ ventil 15 läßt eine Rückstellung nach "spät" zu. Bei Ver­ tauschung von "früh" und "spät" gilt das Entsprechende bei einer Motorhauptdrehrichtung entsprechend einer Drehrich­ tung nach links.

Die Erfindung beschränkt sich in ihrer Ausführung nicht auf das vorstehend angegebene bevorzugte Ausführungsbei­ spiel. Vielmehr ist eine Anzahl von Varianten denkbar, welche von der dargestellten Lösung auch bei grundsätzlich anders gearteten Ausführungen Gebrauch macht.

Claims (19)

1. Vorrichtung zur Drehwinkelverstellung einer, insbe­ sondere zur Betätigung von Gaswechselventilen einer Brenn­ kraftmaschine dienenden, Nockenwelle relativ zu ihrem An­ triebselement mittels eines, insbesondere hydraulischen, Druckmittels, dadurch gekennzeichnet, daß vorgesehen sind: ein aus einem ersten Zusatznocken (1.1) und einem zweiten Zusatznocken (1.2) bestehendes Nockenpaar und ein dritter, einzelner Zusatznocken (1.3), wobei die einzelnen Nocken jeweils mit einem ersten hy­ draulischen Stellmotor (22), einem zweiten hydraulischen Stellmotor (23) und einem dritten hydraulischen Stellmotor (24) in Wechselwirkung stehen, wobei der erste und der zweite Zusatznocken (1.1 bzw. 1.2) zusammen mit dem ersten und dem zweiten Stellmotor (22 bzw. 23) jeweils eine ver­ änderbare Wegbegrenzung für Drehwinkelverstellung bilden und der Zusatznocken (1.3) zusammen mit dem dritten Stell­ motor eine begrenzt nachgiebige Kupplung zwischen der Noc­ kenwelle (1) und dem Nockenwellenantriebsrad (2.3) bildet, so daß unter den Drehvibrationen der Nockenwelle und der Wirkung der begrenzt nachgiebigen Kupplung eine schritt­ weise Drehwinkelverstellung der Hockenwelle ermöglicht ist.

2. Nockenwellen-Verstellvorrichtung nach Anspruch 1, dadurch gekennzeichnet, daß die Nockenwelle (1) innerhalb des Gehäuses (2) innerhalb zweier Anschläge (2.14, 2,15) um etwa 30° drehbar gelagert ist.

3. Nockenwellen-Verstellvorrichtung nach Anspruch 1, dadurch gekennzeichnet, daß die drei hydraulischen Stellmotore (22, 23, 24) jeweils einen in die Innenwandung des Gehäuses (2) eingelassenen Kolbenraum (2.4, 2.5, 2.20), einen topfartigen Kolben (4, 5, 6) und eine Druckfeder (7, 8, 9) aufweisen.

4. Nockenwellen-Verstellvorrichtung nach einem der vorhergehenden Ansprüche, dadurch gekenn­ zeichnet, daß der mit dem Zusatznocken (1.3) in Wirkungseingriff stehende hydraulische Stellmotor (24) in Bezug auf die mit dem Nockenpaar in Wirkungseingriff stehenden hydraulischen Stellmotore (22, 23) um 90° ver­ setzt an der Innenwand des Gehäuses (2) angeordnet ist.

5. Nockenwellen-Verstellvorrichtung nach einem der vorhergehenden Ansprüche, dadurch gekenn­ zeichnet, daß die Einzelelemente der Stellmotore (22, 23, 24) eine zylindrische Form besitzen.

6. Nockenwellen-Verstellvorrichtung nach einem der vorhergehenden Ansprüche, dadurch gekenn­ zeichnet, daß die beiden das Nockenpaar bildenden Zusatznocken (1.1, 1.2) sich diametral gegenüberstehend an dem im Gehäuse (2) gelagerten Ende der Nockenwelle (1) angeordnet sind.

7. Nockenwellen-Verstellvorrichtung nach einem der vorhergehenden Ansprüche, dadurch gekenn­ zeichnet, daß die Zusatznocken (1.1, 1.2) ähnliche Formen aufweisen wie der Zusatznocken (1.3).

8. Nockenwellen-Verstellvorrichtung nach einem der vorhergehenden Ansprüche, dadurch gekenn­ zeichnet, daß der Zusatznocken (1.3) in bezug auf seine Abmessungen größer ist als die beiden, das Nocken­ paar bildenden, Zusatznocken (1.1, 1.2).

9. Nockenwellen-Verstellvorrichtung nach einem der vorhergehenden Ansprüche, dadurch gekenn­ zeichnet, daß die einzelnen Zusatznocken (1.1, 1.2, 1.3) jeweils einen geradlinigen und einen bogenför­ migen konvexen Oberflächenabschnitt besitzen.

10. Nockenwellen-Verstellvorrichtung nach einem der vorhergehende Ansprüche, dadurch gekenn­ zeichnet, daß sich die dem Nockenpaar zugeord­ neten hydraulischen Stellmotore (22, 23) in dem Bereich der Nocken des Nockenpaares in Wirkungseingriff befindet, wo der geradlinige und der bogenförmig konvexe Nocken­ abschnitt zusammenstoßen.

11. Nockenwellen-Verstellvorrichtung nach einem der vorhergehenden Ansprüche, dadurch gekenn­ zeichnet, daß sich der der Zusatznocke (1.3) zugeordnete Stellmotor (24) am Fußpunktbereich des bogen­ förmig konvexen Nockenabschnitts in Wirkungseingriff befindet.

12. Nockenwellen-Verstellvorrichtung nach einem der vorhergehenden Ansprüche, dadurch gekenn­ zeichnet, daß die Kolbenräume (2.4, 2.5, 2.20) der hydraulischen Stellmotore (22, 23, 24) jeweils durch eine Hydraulikleitung (2.6, 2.7, 2.19), in die ein Abströmen aus den Kolbenräumen verhindernde Rückschlagventile (11, 12, 18) eingebunden sind, mit der Schmiermit­ telpumpe (20) des Verbrennungsmotors in Verbindung stehen.

13. Nockenwellen-Verstellvorrichtung nach Anspruch 12, dadurch gekennzeichnet, daß die Rückschlagventile (11, 12) in den Leitungen (2.6, 2.7) jeweils durch eine Hydraulikleitung (2.11, 2.12) überbrückt sind, in die je eine Strömungsblende (13, 14) eingebunden ist und die durch das Magnetventil (15) schaltbar ist.

14. Nockenwellen-Verstellvorrichtung nach Anspruch 12, dadurch gekennzeichnet, daß das Rückschlagventil (18) in der Hydraulikleitung (2.19) durch eine Parallelschaltung, bestehend aus einer Strömungsdros­ sel (19.2) und einem Rückschlagventil (19.1), überbrückt ist.

15. Nockenwellen-Verstellvorrichtung nach Anspruch 14, dadurch gekennzeichnet, daß die Durchlaßrichtung des Rückschlagventils (18) entgegenge­ setzt zur Durchlaßrichtung des Rückschlagventils (19.1) ist.

16. Nockenwellen-Verstellvorrichtung nach einem der Ansprüche 1, 3, 4 oder 5, dadurch gekenn­ zeichnet, daß der Kolbenraum (2.20) des mit der einzelnen Zusatznocke (1.3) in Wirkungsverbindung stehen­ den Stellmotors (24) eine in das Gehäuse (2) eingearbeite­ te Ringnut (2.23) besitzt und das dem Zusatznocken (1.3) abgewandte Ende des topfförmigen Kolbens (6) einen oder mehrere Schlitze aufweist, die bei Kolbenbewegung über die Ringnut führbar angeordnet sind.

17. Nockenwellen-Verstellvorrichtung nach Anspruch 16, dadurch gekennzeichnet, daß die Schlitze keilförmig oder in sonstiger Weise konturiert ausgebildet sind.

18. Nockenwellen-Verstellvorrichtung nach Anspruch 16, dadurch gekennzeichnet, daß die das Rückschlagventil (18) überbrückende und die Parallel­ schaltung aus Strömungsdrossel (19.2) und Rückschlagventil (19.1) enthaltende Hydraulikleitung (2.18) an die Ringnut (2.23) angeschlossen ist.

19. Nockenwellen-Verstellvorrichtung nach einem der Ansprüche 12 oder 16, dadurch gekenn­ zeichnet, daß die das Rückschlagventil (18) überbrückende Hydraulikleitung (2.18) durch ein Magnetven­ til (21) schaltbar ausgebildet ist.