DE10311443A1

DE10311443A1 - Nockenwellenantrieb

Info

Publication number: DE10311443A1
Application number: DE2003111443
Authority: DE
Inventors: Henning Marxen; Jens Dipl.-Ing. Meintschel; Thomas Dipl.-Ing. Stolk; Götz von Dr. Esebeck; Alexander Von Dipl.-Ing. Gaisberg-Helfenberg
Original assignee: DaimlerChrysler AG
Current assignee: Mercedes Benz Group AG
Priority date: 2003-03-15
Filing date: 2003-03-15
Publication date: 2004-09-23

Abstract

Die Erfindung bezieht sich auf einen Nockenwellenantrieb für eine Nockenwelle, die ein Wechselmoment generiert. Dem Nockenwellenantrieb ist ein weiteres anzutreibendes Aggregat derart zugeordnet, dass das Lastmoment 2 des Aggregats und das Wechselmoment 1 der Nockenwelle zumindest im Bereich der Lastspitzen bzw. Momentspitzen teilweise gegensinnig überlagert sind.

Description

Die Erfindung bezieht sich auf einen Nockenwellenantrieb für mindestens eine ein Wechselmoment aufweisende bzw. generierende Nockenwelle.
Die Antriebsmomente der Nockenwelle sind durch das Herunterdrücken und nachfolgende Zurückfedern der Ventilfedern ungleichförmig. Durch die meist an den Nockenwellenenden angebrachten Unterdruck- bzw. Hochdruckpumpen werden zusätzliche Wechselmomente aufgebracht, da diese in der Regel als Kolbenpumpen ausgeführt sind. Der sich in Summe ergebende Kraftverlauf ist ungleichförmig. Dies erschwert z.B. die Regelung eines vor der Nockenwelle sitzenden Phasenstellers.

Es ist bereits ein Nockenpulsrad für eine Brennkraftmaschine mit variabler Nockenwellensteuerung aus der DE 197 41 597 A1 bekannt, welches drehfest an eine Nockenwelle mit veränderlicher Phasenlage befestigt ist. Die Lesemarken des Nockenpulsrades sind hierbei unsymmetrisch am Umfang des Nockenpulsrades angeordnet, so dass mindestens ein unregelmäßiger Impuls je Nockenwellenumdrehung vom Mikroprozessor als Vergleichsimpuls für das Vorhandensein einer aus ungenügender hydraulischer Einspannung der Nockenwellen-Verstelleinrichtung resultierenden Erhöhung der Schwingungsamplitude der Wechselmomente der Nockenwelle auswertbar ist. Die hydraulische Einspannung der Nockenwelle wird entsprechend der gemessenen Erhöhung der Schwingungsamplitude nachgeregelt.

Der Erfindung liegt die Aufgabe zugrunde, einen Nockenwellenantrieb derart auszubilden und anzuordnen, dass ein Maximalwert des Wechselmoments reduziert ist.

Gelöst wird die Aufgabe erfindungsgemäß dadurch, dass der Nockenwellenantrieb mit zumindest einem weiteren anzutreibenden Aggregat gekoppelt ist, wobei das Wechselmoment der Nockenwelle und ein Lastmoment des Aggregats zumindest teilweise gegensinnig überlagert sind bzw. dass der Nockenwellenantrieb mit zumindest einem weiteren anzutreibenden Aggregat derart gekoppelt ist, dass das Wechselmoment der Nockenwelle und ein Lastmoment des Aggregats zumindest teilweise gegensinnig überlagert sind.

Hierdurch wird erreicht, dass das effektiv von der Nockenwelle aufgenommene Antriebsmoment bzw. dessen Phasenverlauf deutlich kleinere Wechselmomentspitzen aufweist. Diese Wechselmomentspitzen werden durch das aufzubringende Antriebsmoment für das Aggregat kompensiert. Dies hat zum einen den Vorteil betreffend die Regelung der Phasenlage der Nockenwelle und zum anderen muss der gesamte Nockenwellenantrieb nicht mehr auf überhöhte Wechselmomentspitzen ausgelegt werden, sondern lediglich auf die kompensierte Größe des aufgenommenen Wechselmoments der Nockenwelle.

Hierzu ist es vorteilhaft, dass die Phasenlage des Aggregats mit Bezug zur Nockenwellenphase veränderlich ausgebildet ist. Je nach verwendetem Aggregat ist es notwendig, die Phasenlage des Aggregats auf die Phasenlage der Nockenwelle derart abzustimmen, dass es zu einer gewünschten Kompensation der aufgenommenen Antriebsmomente führt.

Eine zusätzliche Möglichkeit ist gemäß einer Weiterbildung, dass das Aggregat mittelbar über einen Phasensteller mit dem Nockenwellenantrieb gekoppelt ist. Die Verwendung eines Phasen stellers zwischen dem Aggregat und dem Nockenwellenantrieb gewährleistet die Variation der Phasenlage des Aggregats mit Bezug zum Nockenwellenantrieb.

Ferner ist es vorteilhaft, dass der Phasensteller als Kupplung ausgebildet ist oder Teil einer Kupplung für das Aggregat ist. Je nach verwendetem Aggregat ist es notwendig, das Aggregat ganz von dem Kurbelwellenantrieb zu trennen bzw. die somit notwendige Kupplung ebenfalls für die Steuerung der Phasenlage zu verwenden.

Vorteilhaft ist es hierzu auch, dass jedem Wechselmomentzyklus der Nockenwellen mindestens ein Arbeitszyklus des Aggregats zugeordnet ist. Unabhängig von der Art des verwendeten Aggregats kann jedem Wechselmomentzyklus der Nockenwellen, also jeder Wechselmomentspitze, ein gegensinniger Arbeitszyklus des Aggregats zugeordnet werden, so dass diese Wechselmomentspitze auf ein entsprechendes Differenzmaß reduziert bzw. kompensiert wird.

Gemäß einer bevorzugten Ausführungsform der erfindungsgemäßen Lösung ist schließlich vorgesehen, dass das Aggregat als Pumpe oder als Kolbenpumpe ausgebildet ist, wobei die Anzahl der zu regelnden Zyklen des Wechselmoments der Nockenwelle der Anzahl der Kolben oder der Anzahl der Kolbenzyklen der Kolbenpumpe entspricht. Jeder Zyklus des Wechselmoments bzw. jede Wechselmomentspitze kann hierbei mit einem Kolbenarbeits-zyklus überlagert werden, so dass jede Wechselmomentspitze kompensiert wird.

Von besonderer Bedeutung ist für die vorliegende Erfindung, dass mit Bezug zu einem Zyklus der Brennkraftmaschine die Anzahl der Aggregatzyklen der Anzahl der Nockenwellenzyklen entspricht. Dies ist zum Beispiel gewährleistet, wenn die Anzahl der Kolben der Pumpe der Anzahl der Zylinder der Brennkraftmaschine entspricht. Die Anzahl der Wechselmomentspitzen der Nockenwelle sollte im Wesentlichen einem ganzzahligen Vielfachen der Zylinderanzahl der Brennkraftmaschine entsprechen, so dass eine Angleichung der Anzahl der Kolbenzyklen der Pumpe an die Anzahl der Nockenwellenzyklen möglich ist. Jeder positiven Momentenspitze des Wechselmoments ist dabei ein negatives Moment des Aggregats überlagert – und umgekehrt. Das effektiv an der Nockenwelle bzw. am Nockenwellenantrieb anliegende Belastungs-Moment ist damit reduziert und lässt eine schlankere Auslegung des Antriebssystems der Nockenwelle zu.

Weitere Vorteile und Einzelheiten der Erfindung sind in den Patentansprüchen und in der Beschreibung erläutert und in den Figuren dargestellt.
Dabei zeigt 1 idealisiert einen ersten Verlauf eines Wechselmoments 1 einer Nockenwelle in ungedämpfter Form, einen zweiten Verlauf des Lastmoments 2 der Kolbenpumpe sowie die Überlagerung 3 beider.
Ein hier dargestelltes Wechselmoment 1 der Nockenwelle weist sieben aufeinanderfolgende Momentenspitzen auf, die jeweils gegensinnig zueinander angeordnet sind. Diese Gegensinnigkeit ergibt sich zum einen aus dem zum Öffnen aufzubringenden Antriebsmoment sowie dem durch die Ventilfeder generierten Schließmoment, das über die Nocke auf die Nockenwelle übertragen wird.
Neben dem Wechselmoment 1 der Nockenwelle ist ein Lastmoment 2 aufgetragen, das eine dem Wechselmoment 1 der Nockenwelle entsprechende Anzahl von Momentenspitzen aufweist, wobei diese Momentenspitzen jeweils gegensinnig zur Momentenspitze des Wechselmoments 1 angeordnet sind.
In den Momenten, in denen die Nockenwelle ein Rückstoßmoment vom jeweiligen Gaswechselventil erhält, ist eine Lastmomentenspitze bzw. Antriebsmomentenspitze des Aggregats vorgesehen. Entsprechend ist zu den Zeitpunkten, in denen ein Antriebsmoment an der Nockenwelle erforderlich bzw. eingeleitet ist, ein Rückstellmoment seitens des Aggregats vorgesehen, so dass sich ein mit 3 gekennzeichneter Überlagerungsverlauf ergibt.
Die jeweilige Größe des Überlagerungsverlaufs 3 entspricht dabei der Differenz der Beträge der jeweiligen Momente 1, 2.

Claims

Nockenwellenantrieb für mindestens eine ein Wechselmoment (1) aufweisende Nockenwelle, dadurch gekennzeichnet, dass der Nockenwellenantrieb mit zumindest einem weiteren anzutreibenden Aggregat gekoppelt ist, wobei das Wechselmoment (1) der Nockenwelle und ein Lastmoment (2) des Aggregats zumindest teilweise gegensinnig überlagert sind.
Nockenwellenantrieb nach Anspruch 1, dadurch gekennzeichnet, dass die Phasenlage des Aggregats mit Bezug zur Nockenwellenphase veränderlich ausgebildet ist.
Nockenwellenantrieb nach Anspruch 1 oder 2, dadurch gekennzeichnet, dass das Aggregat mittelbar über einen Phasensteller mit dem Nockenwellenantrieb gekoppelt ist.
Nockenwellenantrieb nach einem der vorhergehenden Ansprüche, dadurch gekennzeichnet, dass der Phasensteller als Kupplung ausgebildet ist oder Teil einer Kupplung für das Aggregat ist.
Nockenwellenantrieb nach einem der vorhergehenden Ansprüche, dadurch gekennzeichnet, dass jedem Wechselmomentzyklus der Nockenwellen mindestens ein Arbeitszyklus des Aggregats zugeordnet ist.
Nockenwellenantrieb nach einem der vorhergehenden Ansprüche, dadurch gekennzeichnet, dass das Aggregat als Pumpe ausgebildet ist.
Nockenwellenantrieb nach einem der vorhergehenden Ansprüche, dadurch gekennzeichnet, dass das Aggregat als Kolbenpumpe ausgebildet ist, wobei die Anzahl der zu regelnden Zyklen des Wechselmoments (1) der Nockenwelle der Anzahl der Kolben oder der Anzahl der Kolbenzyklen der Kolbenpumpe entspricht.
Nockenwellenantrieb nach einem der vorhergehenden Ansprüche, dadurch gekennzeichnet, dass mit Bezug zu einem Zyklus der Brennkraftmaschine die Anzahl der Aggregatzyklen der Anzahl der Nockenwellenzyklen entspricht.