DE3436629A1

DE3436629A1 - Nockenwellensteuerung

Info

Publication number: DE3436629A1
Application number: DE19843436629
Authority: DE
Inventors: Bernhard Dipl.-Ing. 5068 Odenthal Klein
Original assignee: Atlas Fahrzeugtechnik 5980 Werdohl GmbH; AFT Atlas Fahrzeugtechnik GmbH
Current assignee: Atlas Fahrzeugtechnik 5980 Werdohl GmbH; Schaeffler Engineering GmbH
Priority date: 1984-10-05
Filing date: 1984-10-05
Publication date: 1986-04-10

Description

Patentanwalt · -> *

Asenberg 62 4. Oktober 1984

Lüdenscheid A 84 137 ->

Anmelderin: Firma Atlas Fahrzeugtechnik GmbH
Eggenpfad 26
5980 Werdohl

Nockenwellensteurung

\ Beschreibung

Die Erfindung betrifft eine Nockenwellensteuerung für Ein- und Auslaßventile eines Hubkolbenmotors, dessen Ein- und Auslaßventile über Steuernocken von Nockenwellen gesteuert werden.

Bei einem Hubkolbenmotor, wie einem Viertakt-Ottomotor, erfolgt die Gaswechselsteuerung über Ventile, die durch Schlepphebel oder Kipphebel sowie andere Elemente des Ventiltriebs vor. einer Nockenwelle gesteuert werden. Für einen optimalen Betrieb des Hubkolbenmotors, insbesondere für eine Verringerung der Schadstoffemission, sind neben den Überschneidungsphasen der Einlaß- und Auslaßventile auch die jeweiligen Ventilöffnungsdauern wichtig. Der Gaswechsel im Zylinder eines solchen Motors ist ein Strömungsvorgang, der durch die Eigenchwingungen des Zylinders sowie der Ansaugleitungen und Auslaßleitunen beeinflußt wird. Die Strömungsgeschwindigkeit der Gase ist im wesentlichen unabhängig von der Motordrehzahl. Die Ventil Öffnungsdauer wird jedoch umgekehrt proportional zur Drehzahl der Nockenwelle bzw. des Hubkolbenmotors verringert, so daß die Verhältnisse für den Gaswechsel mit zunehmender Drehzahl ungünstiger werden.

Man legt normalerweise die Ventilöffnungsdauer auf die Drehzahl für das gewünschte Drehmomentmaximum des Hubkolbenmotors aus. Eine Steuerung der Überschneidungsphasen ist z.B. in der DE-OS 32 10 914 beschrieben. Es hat sich jedoch gezeigt, daß mit der Steuerung der Überschneidungsphasen allein keine Optimierung des Hubkolbenmotor in allen Drehzahlbereichen möglich ist.

Aufgabe der Erfindung ist die Änderung und Verstellung der Ventilöffnungsdauer in einer Nockenwellensteuerung.

Diese Aufgabe wird nach der Erfindung dadurch gelöst, daß zur Einstellung der Ventilöffnungsdauer für jedes Ventil zwei Steuer-

nocken vorgesehen sind, die in Umfangsrichtung gegeneinander verstellbar sind.

Die Erfindung unterscheidet sich dadurch in nicht naheliegender Weise vom Stand der Technik, daß die Ventilöffnungsdauer willkürlich veränderbar ist. Die Ventilb'ffnungsdauer kann z.B. drehzahlabhängig und/oder parameterabhängig verändert werden. Dadurch kann man unter anderem die Gemischausnutzung verbessern und den Verlauf der Drehmomentkurva abflachen.

Zur Gewährleistung einer möglichst gleichmäßigen Ventilbewegung ist vorgesehen, daß jeder Steuernocken zwischen zwei Flankenabschnitten einen konzentrisch zur Nockenwellenachse verlaufenden Profilabschnitt aufweist. Die Profilkurve jedes Steuernockens ist nach üblichen Methoden gestaltet, im allgemeinen als ruckfreier Integrationsnocken. Im konzentrischen Profilabschnitt erfolgt keine Verstellung des Ventils, so daß auf den konzentrischen Ventilabschnitten der beiden zusammenwirkenden Steuernocken die Betätigung des jeweiligen Ventilg von einem Steuernocken auf den anderen übergeleitet werden katin. Wenn z.B. jeder konzentrische Ventilabschnitt eine Umfangslänge von 15° Kurbelwellendrehung hat, so ist insgesamt eine Veränderung der Ventilöffnungsdauer von 30° Kurbelwellendrehung möglich. Dieses reicht normalerweise aus. Man kann jedoch den konzentrischen Profilaböchiiitt auch in anderer Weise bemessen.

Eine pinfache Verstellung der Steuarnocken ist dadurch gewährleistet, daß die beiden Steuernocken für ein Ventil auf zwei verschiedenen, lniteiander in drehendem Eingriff befindlichen Nockenwellen sitzen, die in Umfangsrichtung also in ihrer gegenseitigen Winkellage gegeneinander verstellbar sind.

Bei etner Ventilsteuerung mit Kipphebeln ist vorgesehen, daß die Steuernocken der beiden Nockenwellen mit je einem Nachlaufschenkel 30^: eines Kipphebels für das Ventil zusammenwirken.

Die Geometrie der Steuernocken der beiden Nockenwellen mit den Nachlaufschenkeln des Kipphebels ist normalerweise unterschiedlich. Ein sicheres und problemloses Zusammenwirken des Kipphebels mit den beiden Nockenwellen wird dadurch sichergestellt, daß die Steuernocken 35) der beiden Nockenwellen einen Nockenhub im Sinne eines Ventilhubes gleicher Größe aufweisen. Dieses läßt sich in jedem Fall konstruktiv festlegen·

Die Umfangsverstellung der beiden Nockenwellen wird dadurch möglich., daß mindestens eine Nockenwelle innerhalb einer Zylinderhülse

einen axialen Stellkolben aufnimmt, der mit einem radialen Stellzapfen in ein schraubenlinienföraiges Führungsprofil der Zylinderhülse und einen Axialschlitz des Stirnzahnrads eingreift.

Eine Regelung der Umfangsverstellung der beiden Nockenwellen ist dadurch möglich, daß in einem Differenzkreis ein Sollsignal für die Winkellage der beiden Nockenwellen mit einem Istsignal verglichen und entsprechend ein Stellsignal für die Verstellung der Winkellage abgeleitet wird. Das Sollsignal hängt von Betriebsparametern des Hubkolbenmotors, insbesondere der Drehzahl ab.

Eine Ausführungsform der Erfindung wird im folgenden unter Bezugnahme auf die anliegenden zeichnungen erläutert, in denen darstellen: Fig. 1 eine schematische Ansicht eines Hubkolbenmotors, Fig. 2 eine vergrößerte Darstellung der Nockenwellensteuerung mit einem Ventiltrieb,
Fig. 3 einen Schnitt durch eine Koppel- und Verstelleinrichtung

für die beiden zusammengehörigen Nockenwellen und Fig. 4 eine Seitenansicht zu Fig. 3 mit schematischen Schaltbildern eines Regelkreises.

Fig. 1 zeigt schematisch einen Hubkolbenmotor 1. Mehrere, in Reihe angeordnete Hubkolben 2 arbeiten auf eine Kurbelwelle 3. Die Kurbelwelle 3 ist über einen Zahnriemen 41 oder dergleichen mit einer Nockenwelle 4 gekoppelt, die ihrerseits in drehendem Eingriff mit einer weiteren Nockenwelle 5 ist, so daß sich beide Nockenwellen 4, 5 synchron miteinander drehen. Beide Nockenwellen 4 und 5 besitzen Steuernocken 6 und 7, die mit Nachlaufschenkein 8 und 9 eines Kipphebels 10 in Eingriff sind. Der Kipphebel 10 dient zur Betätigung eines Ventils 11. Der Ventiltrieb umfaßt noch Ventilteller und Ventilfedern, wie dies in Fig. 2 schematisch angedeutet, jedoch nicht im einzelnen erläutert ist. Das Ventil 11 kann z.B. ein Einlaßventil sein. Die Ausaßventile sind in Fig. 1 nicht dargestellt, jedoch gleichartig aufgebaut. Die Auslaßventile können ebenfalls über die Nockenwellen 5 und 6 oder über gesonderte Nockenwellen angetrieben werden. Die Anordnung der Nockenwellen kann auch in anderer Weise vorgesehen sein. Man kann z.B. unten liegende Nockenwellen vorsehen.

Fig. 2 zeigt in vergrößertem Maßstab die Ausbildung und Anordnung der Steuernocken 6 und 7. Für die Nockenwelle 5 ist der Durchmesser dl des Grundkreises eingezeichnet. Der Steuernocken 6 hat einen ansteigenden Flankenabschnitt 12, einen Profilabschnitt 14 der konzentrisch zur Achse der Nockenwelle 5 verläuft, und einen abfallenden

Flatikenabschnitt 13. Insgesamt ist der Steuernocken als ruckfreier Integrationsnocken ausgebildet. Die ansteigenden Flankenabschnitte 12 und 13 bestimmen den Nockenhub d2. Der Profilabschnitt 14 erstreckt sich über einen Winkelbogen Θ. Auf diesem konzentrischen Profilabsphnitt erfolgt keine Verstellung des Ventils. Dieser Profilabschnitt kann sich z.B. über einan Umfangswinkel von 30° erstrecken, was 15° Kurbelwelle entspricht.

Der Kipphebel 10 ist um einen Zapfen 15 schwenkbar. Der Kipphebel lö tragt zwei Nachlaufschenkel 8 und 9 mit je einem Gleitschuh 18, der mit dem zugeordneten Nocken 6 bzw. 7 in Eingriff ist. Die Gleitschuhe 18 der Nachlaufschenkel 8 und 9 haben von der Achse des Zapftme 15 einen unterschiedlichen Abstand. Gleiches gilt für die Abstände der Achsen der Nockenwellen 4 und 5 von der Achse des Zapfens 15. Entsprechend der jeweiligen Geometrie muß das Profil der Steuernocken 6 und 7, insbesondere der Ventilhub berechnet werden. In Fig. 2 sind auch die Drehrichtungen der Nockenwellen 4 und 5 eingezeichnet. Die Nockenwellen 4 und 5 sind z.B. über Stirnzahnräder 19 und miteinander in drehendem Eingriff, so daß sie sich synchron zueinander drehen. Der Steuernocken 6 bewirkt z.B. mit seinem Flankenabschnitt 12 in Zusammenwirken mit dem Nachlaufschenkel 8 die Öffnungsbewegung des Ventils 11. Innerhalb des konzentrischen Profilabschnitts 14 kommt der Steuernocken 7 mit seinem konzentrischen Profilabschnitt mit dem Nachlaufschenkel 9 in Eingriff, so daß der abfallende Flankenabschnitt 13 des Steuernockens 7 die Schließbewegung des Ventils bewirkt. Die Nockenwellen 4 und 5 und damit auch die Steuernocken 6 und 7 können in ümfangsrichtung gegeneinander verstellt werden, was im einzelnen anhand der Fig. 3 und 4 erläutert wird. Die Steuernocken 6 und 7 lassen sich jeweils genau auf das Ventil einstellen, wie dies für die herkömmliche Ausführung einer Nockenwelle in Verbindung mit der Einstellung des Ventiltriebs bekannt ist.

Die fig. 3 und 4 zeigen die Nockenwellen 4 und 5, die über Stirnzahnräder 19 und 20 miteinander in drehendem Eingriff sind. Es ist in den Fig. 3 und 4 nur ein Abschnitt der Nockenwellen dargestellt. Die Lager und übrigen Teile sind nicht in Einzelheiten dargestellt. Die Nockenwelle 5 besitzt eine Zylinderhülse 21, die als Zylinderkammer für einen axialen Stellkolben 22 dient, der einseitig durch eine Druckfeder 23 abgestützt ist. Die Zylinderhülse 21 und damit die Nockenwelle 5 ist in einem Lager 24 gelagert, das in Fig. 4 schematisch angedeutet ist. Das Lager 24 wird von einer Ölleitung 25 ver-

sorgt. Insbesondere ist eine ümfangsrinne 26 vorhanden, von der radiale Bohrungen 27 in die Kammer der Zylinderhülse 21 ausgehen. Die Ölleitung ist über ein Stellventil 28 mit einer ölpumpe 29 verbunden, so daß die Ölpumpe 29 die Kammer der Zylinderhülse 21 mit Drucköl ver-5 orgt. Dadurch läßt sich der Stellkolben 22 entsprechend verstellen.

Der Stellkolben 22 trägt zwei Stellzapfen 30, die jeweils durch ein schraubenlinienförmiges Führungsprofil 31 der Zylinderhülse hindurchreichen und in einen Axialschlitz 32 einer Antreibshülse bzw. des Stirnzahnrads 20 eingreifen. In Fig. 4 ist das Stirnzahnrad 20 nicht gezeichnet. Der Axialschlitz 32 ist durch stirchpunktierte Linien angedeutet. Man erkennt ohne weiteres, daß eine axiale Verstellung des Stellkolbens 32 eine Verdrehung der Nockenwelle 5 gegenüber dem Stirnzahnrad 20 bewirkt. Dadurch wird die Nockenwelle 5 in Umfangsrichtung gegenüber der Nockenwelle 4 verstellt, so daß entsprechend die Nocken 6 und 7 auch in Umfangsrichtung gegeneinander verstellt werden und dadurch die Ventilöffnungsdauer verändert wird.

Die jeweilige Ventilöffnungsdauer ist im allgemeinen drehzahlabhängig. Die Ventilöffnungsdauer kann jedoch auch noch in Abhängigkeit von weiteren Betriebsparametern des Hubkolbenmotors verändert werden.

Ein Steuerkreis 33 gibt für den jeweiligen Betriebszustand den Wert der Ventilöffnungsdauer vor. Die tatsächliche Winkellage der Nockenwelle 5 wird durch Abfühlen von Winkelmarken 34 mittels eines Fühlers 35 als Istsignal erfaßt. Dieses Istsignal gibt die Umfangswinkellage der Nockenwelle 5 gegenüber der Nockenwelle 4 an. Dieses Istsignal wird in einem Differenzkreis 36 mit dem Sollsignal des Steuerkreises 33 verglichen.

Der Differenzkreis 36 gibt ein Abweichungssignal für eine Abweichungsrichtung ab. Mit diesem Signal wird das Stellventil 28 gesteuert, so daß Drucköl in die Kammer der Zylinderhülse 21 zugeführt wird. Bei einer Abweichung des Sollsignals in der entgegengesetzten Richtung wird die Druckölzufuhr durch das Stellventil 28 unterbrochen, so daß die Druckfeder 23 wirksam wird und den Stellkolben 22 zurückführt. So ist eine genaue Steuerung der Ventilöffnungsdauer möglich.

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Claims

Patentanwalt

Asenberg 62 4. Oktober 1984

Lüdenscheid A 84 137

Anmelderin: Firma Atlas Fahrzeugtechnik GmbH Eggenpfad 26
5980 Werdohl

Nockenwellens t eurung Patentansprüche

1 Iy Nockenwellensteuerung für Ein- und Auslaßventile eines Hubkolbenmotors, dessen Ein- und Auslaßventile über Steuertiocken von Nockenwellen gesteuert werden, dadurch gekennzeichnet, daß zur Einstellung der Ventilöffnungsdauer für jedes Ventil (11) zwei Steuernocken (6, 7) vorgesehen sind, die in Umfangsrichtung gegeneinander verstellbar sind.
2. Nockenwellensteuerung nach Anspruch 1, dadurch gekennzeichnet, daß jeder Steuernocken (6, 7) zwischen zwei Flankenabschnitten (12, 13) einen konzentrisch zur Nockenwellenachse verlaufenden Profilabschnitt (14) aufweist.
3. Nockenwellensteuerung nach Anspruch 1 oder 2, dadurch gekennzeichnet, daß die beiden Steuernocken (6, 7) für ein Ventil (11) auf zwei verschiedenen, miteiander in drehendem Eingriff befindlichen Nockenwellen (4, 5) sitzen, die in Umfangsrichtung also in ihrer gegenseitigen Winkellage gegeneinander verstellbar sind.
4. Nockenwellensteuerung nach Anspruch 3, dadurch gekennzeichnet, daß die Steuernocken (6, 7) der beiden Nockenwellen (4, 5) mit je einem Nachlaufschenkel (8, 9) eines Kipphebels (10) für das Ventil zusammenwirken.
5. Nockenwellensteeerung nach Anspruch 4, dadurch gekennzeichnet, daß die Stauernocken (6, 7) der beiden Nockenwellen (4, 5) einen Nockenhub im Sinne eines Ventilhubes gleicher Größe aufweisen.
6. Nockenwellensteuerung nach einem der Ansprüche 1 bis 3, dadurch gekennzeichnet, daß mindestens eine Nockenwelle (5) innerhalb einer Zylixiderhülse (21) einen axialen Stellkolben (22) aufnimmt, der jeweils mit einem radialen Stellzapfen (30) in ein Schraubenlinienförmiges Führungsprofil (31) der Zylinderhülse (21) und in einen Axial-

schlitz (32) des Stirnzahnrads (20) eingreift.

7- Nockenwellensteuerung nach Anspruch 6, dadurch gekennzeichnet, daß in einem Differenzkreis (36) ein Sollsignal für die Winkellage der beiden Nockenwellen mit einem Istsignal verglichen und entsprechend ein Stellsignal für die Verstellung der Winkellage abgeleitet wird.