DE4221892A1 - 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.

In der Hauptpatentanmeldung P 41 12 813.3 ist eine Vorrichtung beschrieben, bei der die Verstellung der Phasenlage der Nockenwelle relativ zur Kurbelwelle allein durch die Wechselmomente bewirkt ist, also ohne jegliche Stellmittel wie verzahnte Stellhülse (z. B. DE-31 46 613 A1), etc. Unter bestimmten baulichen Vor­ aussetzungen und ggf. bei bestimmten Drehzahlen können jedoch noch Probleme beim Umschalten der Phasenlage insbesondere in die "Früh" Position (Verstellung in Antriebsrichtung) auftreten.

Aufgabe der Erfindung ist es, die Vorrichtung gemäß der DE-Patentanmeldung P 41 12 813.3 derart weiterzubilden, daß bei allen Betriebszuständen ein problemloses Um­ schalten unter weitgehendster Vermeidung von mechani­ schen Geräuschen möglich ist.

Erfindungsgemäß wird vorgeschlagen, insbesondere die Frühverstellung mittels einer ein relatives Drehmoment auf die Nockenwelle in Antriebsdrehrichtung ausübenden Feder vorzusehen. Die Feder selbst kann von beliebiger Bauart sein (z. B. Wickelfeder, Schraubendruckfeder etc.) und ist so abzustimmen, daß bei der gewählten Umschaltdrehzahl noch eine Verstellung in Richtung früh und spät möglich ist.

Um Geräusche beim Umschalten der Verstellvorrichtung auszuschließen, kann ferner eine bevorzugt hydraulische Bewegungsdämpfung vorgesehen sein.

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

Fig. 1 einen Längsschnitt durch eine Vorrichtung zum Verstellen einer Nockenwelle relativ zu deren Antriebszahnrad für eine ventilgesteuerte Hub­ kolben-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 An­ triebszahnrad 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 dargestell­ te Gleitlager in den ebenfalls nur teilweise darge­ stellten 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 rotationssymmetrisches 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 genann­ ten Stifte 118 bis 124 erstrecken sich im wesentlichen spiel frei durch zylindrische Ausnehmungen bzw. Bohrun­ gen des Ringteiles 104 hindurch in korrespondierende Ausnehmungen des Nabenteiles 100.

Dabei sind die Ausnehmungen 126, 128 für die Anschlag­ stifte 118, 120 langlochförmig und ermöglichen eine Relativverdrehung zwischen dem festen Ringteil 104 und dem drehbar gelagerten Nabenteil 100 bzw. dem darauf befestigten Zahnrad 12 innerhalb des gewünschten Nockenwellen-Verstellbereiches. Die Anschlagstifte 118, 120 sind so lang ausgeführt, daß sie bei axialer Verschiebung der Stellhülse 114 innerhalb deren Ver­ stellbereiches stets mit den Ausnehmungen 126, 128 im Nabenteil 100 in Eingriff bleiben.

Der Sperrstift 122 greift in der linken Position (ge­ zeichnet in Fig. 1) der Stellhülse 114 in eine zylin­ drische Ausnehmung 130 des Nabenteiles 100 ein, während er in der rechten Position nur innerhalb der korrespon­ dierenden Bohrung im Ringteil 104 liegt. In der ge­ sperrten, 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 langloch­ förmigen Ausnehmungen 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 Ausneh­ mung 140 eingearbeitet, die zum Nabenteil 100 offen ist und in die der Kopf 132 des Sperrstiftes 124 teilweise einfahren 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 sich die Nockenwelle 10 in Richtung "früh" frei verdrehen, wobei sich die An­ schlagstifte 118, 120 in die entgegengesetzte Endposi­ tion der langlochförmigen Ausnehmungen 126, 128 verla­ gern.

In dieser "Früh"-Stellung der Nockenwelle 10 liegt nun der Kopf 132 des anderen Sperrstiftes 124 in Über­ deckung mit den Ausnehmungen 136 und 140 und kann in diese einfahren, 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.

Zur Unterstützung der selbsttätigen Verstellung der Nockenwelle 10 in Richtung "früh" ist in der größeren langlochförmigen Ausnehmung 126 eine Schraubendruckfe­ der 127 eingesetzt, die auf den Anschlagstift 118 ein auf die Nockenwelle 10 wirkendes Drehmoment ausübt. Die Feder kann aber auch eine an anderer Stelle angeordnete Schenkelfeder, Wickelfeder oder Spiralfeder sein und ist so abzustimmen, daß bei der gewünschten Umschalt­ drehzahl eine Verstellung in Richtung "früh" und in Richtung "spät" funktioniert. Zur Dämpfung der freien Verdrehbarkeit der Nockenwelle 10 relativ zum Zahnrad 12 ist die eine geschlossene Kammer bildende Ausnehmung 128 im Nabenteil 100 über Schmierölkanäle 121, 123 an einen zentralen Schmierölkanal 125 in der Nockenwelle 10 angeschlossen, der wiederum an das Druckumlauf- Schmierölsystem der Brennkraftmaschine angeschlossen ist. Bei einer Verstellbewegung muß das in der Ausneh­ mung 128 befindliche Schmieröl tangential an dem An­ schlagstift 128 vorbei verdrängt werden, wodurch eine hydraulische Dämpfung gegeben ist.

Anstelle der Sperrstifte 122, 124 kann jedoch auch eine Zahnkupplung 144 vorgesehen sein, die die Sperrung zwischen dem Nabenteil 100 und dem Ringteil 104 be­ wirkt. Dabei ist an dem Außenumfang des Nabenteiles 100 und am Außenumfang des Ringteiles 104 jeweils eine Ver­ zahnung 146, 148 vorgesehen, auf die eine innenverzahnte Schaltmuffe 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 somit das Zahnrad 12 formschlüssig mit der Nocken­ welle 10 kuppelt.

Die Schaltmuffe 150 kann über die Schaltgabel 152 be­ vorzugt 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 dargestellten Positionsgebers abhängig von der Drehwin­ kelstellung die Entkupplung zwischen Nockenwelle 10 und Antriebszahnrad 12 steuert, so daß abhängig von dem gerade vorliegenden Wechselmoment eine Verstellung der Nockenwelle 10 relativ zum Zahnrad 12 in Richtung "früh" oder "spät" erfolgt. Bei einer entsprechend gewählten Verzahnung bei der Verwendung der Zahnkup­ plung 144 können dabei auch gewünschte Mittelstellungen eingestellt werden.

Eine Verstellung der Nockenwelle 10 bei der Lösung mit den Sperrstiften 122, 124 läuft wie folgt ab:
Angenommen, die Nockenwelle 10 sei in der Spätstellung (wie gezeichnet) und soll nach früh verstellt werden. Sobald die Umschaltdrehzahl (oder eine von mehreren Umschaltdrehzahlen) erreicht ist, werden über die Stellhülse 114 die Sperrstifte 122, 124 nach rechts in die Mittelstellung vorgespannt, in der sich die Nocken­ welle 10 frei innerhalb des Freiganges (Anschlagstift 12 in Ausnehmung 128) verdrehen kann. Durch das von den Schließfedern der Gaswechselventile (nicht dargestellt) auftretende wechselnde Drehmoment ist die Nockenwelle 10 versucht, innerhalb des gegebenen Freigangs in ihrer Drehgeschwindigkeit relativ zur Drehgeschwindigkeit des Antriebszahnrades vor- bzw. nachzueilen. Das "Voreilen" wird dabei durch die Feder 127 noch unterstützt.

Sobald jedoch der Anschlagstift 124 mit Kopf 132 die "früh" Position erreicht hat, greift dieser durch wei­ teres axiales Verschieben über die Stellhülse 114 in die Ausnehmungen 136, 140 ein und legt die Nockenwelle 10 in der Frühposition formschlüssig fest.

Gleiches geschieht in umgekehrter Reihenfolge beim Umschalten in die Spätposition der Nockenwelle.

Claims (5)

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 und gemäß DE-Patentanmeldung P 41 12 813.3 die Nockenwelle (10) über zumindest einen definierten Verdrehwinkel in beiden Drehrichtungen frei zum Zahnrad verdrehbar ist und Mittel (Sperr­ stifte 122, 124; Zahnkupplung 144) zum Kuppeln der Nockenwelle (10) mit dem Zahnrad (12) vorgesehen sind, dadurch gekennzeichnet, daß zumindest eine Feder vorgesehen ist, die die Nockenwelle (10) relativ zum Zahnrad (12) in einer Drehrichtung vorspannt.

2. Vorrichtung nach Anspruch 1, dadurch gekennzeich­ net, daß die Feder die Nockenwelle (10) in Dreh­ richtung vorspannt.

3. Vorrichtung nach Anspruch 1, dadurch gekennzeich­ net, daß die freie Verdrehbarkeit der Nockenwelle (10) relativ zum Zahnrad (12) gedämpft ist.

4. Vorrichtung nach Anspruch 3, dadurch gekennzeich­ net, daß eine hydraulische Dämpfung über das Schmierölsystem der Brennkraftmaschine vorgesehen ist.

5. Vorrichtung nach Anspruch 4, dadurch gekennzeich­ net, daß eine langlochförmige Ausnehmung (128) im Zahnrad (12) in Verbindung mit einem Anschlagstift (120) eines mit der Nockenwelle (10) fest verbunde­ nen Ringteiles (104) die Enddrehanschläge der Nockenwelle (10) bildet und daß die Ausnehmung (128) über einen radialen Kanal (121) an das Schmierölsystem der Brennkraftmaschine angeschlos­ sen ist.