DE4122251C2 - Nockenwellenanordnung mit zumindest einem Schwenknocken - Google Patents

Description

Die Erfindung betrifft eine Nockenwellenanordnung gemäß dem Ober­ begriff des Patentanspruchs 1. Eine derartige Nockenwellenanord­ nung ist aus der DE-OS 32 34 640 in der Weise bekannt, daß ein leistenartiger radialer Fortsatz an der Nockenwelle in eine Aus­ nehmung im Nocken eingreift, deren in Umfangsrichtung mit Abstand aufeinanderfolgende Begrenzungsränder Anschläge für die Leiste bilden und damit den möglichen Schwenkwinkel des Schwenknockens relativ zur Nockenwelle begrenzen. Insbesondere zur Betätigung der Ladungswechselventile von Brennkraftmaschinen, wie sie zum Antrieb von Kraftfahrzeugen Einsatz finden, ist eine derartige Nockenwel­ lenanordnung deshalb günstig, weil sich so auf einfache Weise eine erwünschte Drehzahlabhängigkeit des Kurbelwellenwinkels erzielen läßt, bei dem das Schließen des Ventils erfolgt. Mit zunehmender Drehzahl der Maschine und damit der Nockenwelle erfolgt eine Ver­ lagerung des Schließens des Ventils in Richtung höhere Kurbelwel­ lenwinkel.

Bei der bekannten Konstruktion muß jedoch in vielen Fällen ein Kompromiß zwischen den höchsten von der Nockenwelle auf den Schwenknocken übertragbaren Kräften und Momenten einerseits und den Abmessungen der Nockenwellenanordnung insbesondere im Bereich des Schwenknockens andererseits getroffen werden. Wie bereits be­ schrieben, ist bei der bekannten Konstruktion ein leistenartiger radialer Fortsatz der Nockenwelle von einer Ausnehmung des Schwenknockens aufgenommen, so daß zur Übertragung der Kräfte und Momente nur jeweils ein Flächenpaar zur Verfügung steht. Diese Flächen können darüber hinaus nicht beliebig groß gestaltet wer­ den, da andernfalls die Festigkeit insbesondere des Schwenknockens beeinträchtigt werden kann. Dies gilt verständlicherweise auch dann, wenn die Hohlräume in der bekannten Anordnung mit einem Druckmittel gefüllt sind und damit Bestandteile eines abgeschlos­ senen Hydrauliksystems bilden.

Der Erfindung liegt die Aufgabe zugrunde, eine gattungsgemäße Nockenwellenanordnung unter Wahrung ihrer Vorteile zu schaffen, die hinsichtlich der Übertragung auch großer Kräfte und Momente von der Nockenwelle auf den Schwenknocken optimiert ist und dar­ über hinaus auch bei sehr hohen Drehzahlen Einsatz finden kann.

Die erfindungsgemäße Lösung dieser Aufgabe besteht in den kenn­ zeichnenden Merkmalen des Patentanspruchs 1, vorteilhafte Ausbil­ dungen der Erfindung beschreiben die Unteransprüche.

Bei der Erfindung erfolgt die Bewegungskopplung zwischen Nocken­ welle und Schwenknocken also durch seitlich des Schwenknockens verlaufende, zylindersegmentartige Klauen, die in in Umfangsrich­ tung abwechselnder Folge mit der Nockenwelle oder mit dem Schwenk­ nocken fest verbunden sind. Da diese Klauen außerhalb des Bereichs des Schwenknockens verlaufen, können die sich in Umfangsrichtung paarweise gegenüberstehenden, Anschläge bildenden Seitenflächen der Nocken groß ausgelegt werden, ohne daß hierdurch die Stabili­ tät des Schwenknockens und/oder der Nockenwelle nachteilig beein­ flußt wird. Auch erlaubt der zur Verfügung stehende Platz die Ver­ wendung einer größeren Anzahl von nockenwellenfesten und nockenfe­ sten Klauen, so daß die Anzahl der anschlagartig zusammenwirkenden Flächen derselben vergrößert werden kann.

Insbesondere dann, wenn man eine Dämpfung der Relativschwenkungen zwischen Schwenknocken und Nockenwelle erreichen will, erweist sich eine hydraulische Kraftübertragung zwischen den nockenwellen­ festen und den nockenfesten Klauen gemäß einem der Ansprüche 3 bis 6 als zweckmäßig. Dabei ist die Ausbildung gemäß Anspruch 6 insbesondere für mit hohen Drehzahlen laufende Nockenwellen vor­ teilhaft, da die Strömungsdrossel erst in der letzten Phase der Schwenkbewegung des Schwenknockens, die demgemäß im übrigen sehr schnell erfolgen kann, wirksam wird.

Die Erfindung wird im folgenden anhand der Zeichnung näher erläu­ tert. Es zeigen:

Fig. 1 in einem Längsschnitt und

Fig. 2 in dem in Fig. 1 bei II-II angedeu­ teten Querschnitt ein erstes Ausfüh­ rungsbeispiel,

Fig. 3 in einem Längsschnitt und

Fig. 4 in dem in Fig. 3 bei IV-IV angedeu­ teten Querschnitt ein zweites Ausfüh­ rungsbeispiel der Erfindung sowie

Fig. 5 den Verlauf des Ventilhubs eines durch eine derartige Nockenwellenanordnung gesteuerten Ventils über dem Kurbel­ wellenwinkel bei verschiedenen Dreh­ zahlen.

Betrachtet man zunächst das Ausführungsbeispiel nach den Fig. 1 und 2, so ist mit 1 der begrenzt schwenkbar auf der Nockenwelle 2 angeordnete Schwenknocken bezeichnet. Die Nockenwelle 2 trägt drehfest den zylindrischen Mitnehmer 3 mit in diesem Ausführungs­ beispiel zwei sich bezüglich der Nockenwellenachse 4 gegenüberste­ henden, zylindersegmentartigen Klauen 5 und 6, die mit Umfangs­ spiel mit ebenfalls zwei sich bezüglich der Achse 4 gegenüberste­ henden Klauen 7 und 8 in Eingriff stehen, die einteilig mit dem Schwenknocken 1 gefertigt sind, beispielsweise durch Sintern. Da die Klauen 5 bis 8 nicht innerhalb, sondern seitlich des eigentli­ chen Schwenknockens 1 liegen, können sie ohne Beeinträchtigung der Festigkeit des Schwenknockens so groß gefertigt werden, daß ihre einander paarweise in Umfangsrichtung gegenüberstehenden Flächen im Hinblick auf die zu übertragenden Kräfte bzw. Momente ausgelegt werden können.

Betrachtet man Fig. 2, in der die Drehrichtung der Nockenwelle 2 durch den Pfeil angedeutet ist, so besitzt der Schwenknocken die Auflaufflanke 9 und die Ablaufflanke 10 für ein nicht dargestell­ tes Hubventil. In der gezeichneten Lage des Schwenknockens wird dieser über die Klauen 6 bis 8 von der Nockenwelle 2 mitgenommen. Sobald die Berührungsstelle zwischen Schwenknocken 1 einerseits und Hubventil andererseits den Scheitel des Nockens 1 überschrit­ ten hat, also die Ablaufflanke 10 desselben wirksam zu werden be­ ginnt, übt das durch die übliche Ventilschließfeder gegen den Nocken 1 gedrückte Ventil auf diesen ein Moment um die Achse 4 aus, das ihn relativ zur Nockenwelle 2 in Richtung des Pfeils zu verschwenken sucht. In einem durch die Größe der Winkelbereiche a definierten Maße ist eine derartige Relativverschwenkung möglich; betrachtet man die beiden in Fig. 2 oberen Klauen 6 und 8, so lö­ sen sich jetzt ihre als Anschläge wirkenden Flächen 6' und 8' von­ einander, und es erfolgt eine zusätzliche Beschleunigung des Schwenknockens 1 relativ zur Nockenwelle 2, bis die Klauenseiten­ flächen 5" und 8" sowie 6" und 7" aneinander zur Anlage kommen.

Betrachtet man den Verlauf der Ventilerhebung h über dem Kurbel­ wellenwinkel mit zunehmender Drehzahl n, wie er qualitativ in Fig. 5 dargestellt ist, so ergibt sich bei allen Drehzahlen ein praktisch konstanter Kurbelwinkel für das Öffnen des Ventils (Beginn der Ventilerhebung), dagegen bei steigender Drehzahl in­ folge Konstanz der Schließzeit des Ventils eine zunehmende Verle­ gung des Schließwinkels, so daß sich mit zunehmender Drehzahl ohne Eingriff von außen eine Verbreiterung der kurbelwinkelmäßigen Ventilöffnungsphase ergibt.

Die Fig. 3 und 4 zeigen ein Ausführungsbeispiel der Erfindung, bei dem zwischen den sich paarweise gegenüberstehenden Klauen mit ei­ nem hydraulischen Druckmedium gefüllte Kammern vorgesehen sind. Auch hier besitzt der Schwenknocken 20 seitlich ein Paar sich be­ züglich der Achse 21 der Nockenwelle 22 gegenüberstehender Klauen 23 und 24, zwischen denen sich ein Paar nockenwellenfester Klauen 25 und 26 erstreckt. Diese Anordnung wird von der Hülse 27 flüs­ sigkeitsdicht umschlossen, so daß die Kammern 28 und 29, deren Vo­ lumen über jedes Arbeitsspiel der Nockenwelle variiert, Bestand­ teile eines abgeschlossenen Hydrauliksystems bilden können, das ferner den Hohlraum 30 in der Nockenwelle 22 sowie in diesem Aus­ führungsbeispiel zwei durchgehende Querkanäle 31 und 32 enthält.

Während der Wirksamkeit der Auflaufflanke 33 des Nockens 20 liegen die in Fig. 4 dargestellten Verhältnisse vor. Die beiden Kammern 28 und 29 stehen über beide Querkanäle 31 und 32 in praktisch un­ gehinderter Strömungsverbindung miteinander und selbstverständlich mit dem Hohlraum 30. Sobald jedoch die Ablaufflanke 34 wirksam wird, also die Schließfeder des Ventils über dieses auf den Schwenknocken 20 ein im Pfeilsinne wirkendes Moment ausübt, schwenkt dieser wiederum relativ zur Nockenwelle 22, bis die Hohl­ räume 28 und 29 verschwunden sowie durch Hohlräume zwischen den in der Darstellung der Fig. 4 auseinanderliegenden Flächen der Klauen 23 bis 26 ersetzt sind. Diese Schwenkbewegung erfolgt jedoch in ihrer letzten Phase gebremst, da, sobald die nockenfesten Klauen 23 und 24 die Einmündungsstellen des Querkanals 31 abgedeckt ha­ ben, Strömungsverbindungen von den Kammmern 28 und 29 zum Hohl­ raum 30 nur noch über den Querkanal 32 bestehen, der mit Strö­ mungsdrosseln 35 und 36 versehen ist. Damit ist die Gewähr gegeben, daß einerseits eine Dämpfung erzielt und demgemäß ein hartes Anschlagen der Flächen der Klauen vermieden ist, anderer­ seits aber diese Dämpfung erst in einer letzten Phase der Relativ­ verschwenkung zwischen Schwenknocken und Nockenwelle erfolgt.

In dem Ausführungsbeispiel nach den Fig. 3 und 4 besitzt der Schwenknocken 20 einen Scheitelbereich 37, der auf einem Kreisbo­ gen um die Achse 21 liegt. Dieser sich über den Winkel b erstrec­ kende Scheitelbereich wird durch die beschriebene Relativ­ schwenkung zwischen Schwenknocken 20 und Nockenwelle 22, wie in Fig. 5 angedeutet, verdoppelt, ergibt also einen Kurbelwellenwin­ kel 2b, in dem das Hubventil in seiner voll geöffneten Stellung gehalten wird.

Mit der Erfindung ist demgemäß eine gattungsgemäße Nockenwellenan­ ordnung geschaffen, die mit einfachen Mitteln hinsichtlich der Übertragung von Kräften bzw. Momenten von der Nockenwelle auf den Schwenknocken optimiert ist und darüber hinaus vorteilhafte Mög­ lichkeiten für die Ausgestaltung einer Dämpfung der Schwenkbewe­ gung des Nockens bietet.

Claims (6)

1. Nockenwellenanordnung, insbesondere zur Betätigung von Ladungswechselventilen einer Brennkraftmaschine, mit zumindest einem auf einer Nockenwelle (22) begrenzt schwenkbar gelagerten Schwenknocken (20), dessen Schwenkwinkel durch nocken­ seitige und nockenwellenseitige Anschläge begrenzt ist, dadurch gekennzeichnet, daß die Anschläge durch an zumindest einer Stirnseite des Schwenknockens (20) axial vorstehende nockenfeste Klauen (23, 24) gebildet sind, die mit axial von einem auf der Nockenwelle (22) drehfest angeordneten Mitnehmer vorstehenden nockenwellenfe­ sten Klauen (25, 26) mit Umfangsspiel ineinander greifen.

2. Anordnung nach Anspruch 1, gekennzeichnet durch jeweils ein Paar sich bezüglich der Nockenwellenachse (21) gegenüberlie­ gender nockenfester und nockenwellenfester Klauen (23, 24; 25, 26).

3. Anordnung nach Anspruch 1 oder 2, dadurch gekennzeichnet, daß die Klauen (23, 24; 25, 26) von einer Hülse (27) flüssigkeits­ dicht umschlossen und die durch diese und die das Umfangsspiel definierenden Bereiche zwischen den Klauen (23, 24; 25, 26) gebildeten Kammern (28, 29) veränderlichen Volumens Bestand­ teile eines abgeschlossenen Hydrauliksystems sind.

4. Anordnung nach Anspruch 3, dadurch gekennzeichnet, daß das Hy­ drauliksystem ferner einen axialen Hohlraum (30) in der Noc­ kenwelle (22) umfaßt, der über Querkanäle (31, 32) zumindest zeitweilig mit den Kammern (28, 29) in Verbindung steht.

5. Anordnung nach Anspruch 4, dadurch gekennzeichnet, daß zumin­ dest einzelne Querkanäle (32) mit Strömungsdrosseln (35, 36) versehen sind.

6. Anordnung nach Anspruch 5, dadurch gekennzeichnet, daß zumin­ dest in eine der Kammern (28, 29) in Umfangsrichtung aufeinan­ derfolgend zwei Querkanäle (31, 32) einmünden, von denen der bei einer zu dämpfenden Schwenkbewegung des Schwenknockens (20) von einer nockenfesten Klaue (23, 24) zuletzt abgedeckte Querkanal (32) mit einer Strömungsdrossel (35, 36) versehen ist.