DE4306606A1 - Hubkolben-Brennkraftmaschine mit einer Nockenwellen-Antriebsverstelleinheit - Google Patents

Description

Die Erfindung betrifft eine Hubkolben-Brennkraftmaschine mit zumindest zwei räumlich getrennt voneinander angeord­ neten Nockenwellen sowie einer von der Brennkraftmaschi­ nen-Kurbelwelle angetriebenen Nockenwellen- Antriebsverstelleinheit, mit Hilfe derer die Phasenwinkel zumindest zweier Nockenwellen bezüglich der Kurbelwelle voneinander verschiedenartig veränderbar sind. Gezeigt ist eine derartige Nockenwellen-Antriebsverstelleinheit beispielsweise in der DE 40 27 312 A1.

Brennkraftmaschinen mit Nockenwellen-Verstelleinheiten zum Verdrehen der Nockenwelle in ihrer Phasenlage bezüg­ lich der die Nockenwelle antreibenden Kurbelwelle sind heute durchaus üblich. Bei Brennkraftmaschinen mit sepa­ raten Nockenwellen für die Einlaßventile und für die Aus­ laßventile wird dabei üblicherweise lediglich die Einlaß- Nockenwelle verdreht. Besitzt eine Brennkraftmaschine beispielsweise der V-Bauart mehrere Einlaß-Nockenwellen, so ist es auch üblich, mittels einer einzigen Nockenwel­ len-Verstelleinheit sämtliche Einlaß-Nockenwellen gemein­ sam zu verstellen. Ein Beispiel hierfür zeigt die DE 39 01 721 C2. Soll hingegen beispielsweise die Einlaß- Nockenwelle und die Auslaß-Nockenwelle einer Brennkraft­ maschine unterschiedlich verstellbar sein, so wären hier­ für grundsätzlich zwei Nockenwellen-Verstelleinheiten er­ forderlich. Um diesen unerwünschten Bauaufwand zu redu­ zieren bzw. den mit dieser zusätzlichen Anforderung, zwei Nockenwellen verschiedenartig verstellen zu können, ver­ bundenen Mehraufwand gering zu halten, schlägt die be­ reits zitierte DE 40 27 312 A1 eine gemeinsame, zusammen­ gefaßte Nockenwellen-Antriebsverstelleinheit vor, die zentral zwischen den Nockenwellen angeordnet ist und sich das bekannte Verstellprinzip über Schrägverzahnungen zu­ nutze macht. Durch Vorsehen verschiedener Schrägverzah­ nungen für die Einlaß-Nockenwelle und für die Auslaß- Nockenwelle können durch gemeinsames Längsverschieben der beiden schrägverzahnten Antriebsräder die Einlaß-Nocken­ welle und die Auslaß-Nockenwelle zwar gleichzeitig, je­ doch voneinander verschiedenartig verstellt werden.

Dieser Grundgedanke ist vom Prinzip her überzeugend, je­ doch ist es hiermit nicht möglich, die Phasenwinkel der beiden Nockenwellen individuell verschiedenartig zu ver­ stellen. Wünschenswert wäre es, eine Antriebsverstellvor­ richtung zu haben, mit Hilfe derer der Phasenwinkel ent­ weder der ersten Nockenwelle oder der zweiten Nockenwelle oder auch beider Nockenwellen veränderbar ist.

Eine derartige einfache und kompakte Antriebsverstellvorrichtung aufzuzeigen, ist Aufgabe der vorliegenden Erfindung.

Zur Lösung dieser Aufgabe ist vorgesehen, in der Nocken­ wellen-Antriebsverstelleinheit zur individuellen Verstel­ lung der Nockenwellen in Wellenlängsrichtung individuell verschiebbare, konzentrisch zueinander angeordnete Stell­ bolzen vorgesehen sind, die über Schrägverzahnungen mit der zugeordneten Nockenwelle und/oder einem Nockenwellen- Antriebsrad in Verbindung stehen. Vorteilhafte Aus- und Weiterbildungen beschreiben die Unteransprüche.

Erfindungsgemäß erfolgt die individuelle Verstellung der beiden Nockenwellen jeweils mittels eines Stellbolzens, wobei die beiden Stellbolzen zur Erzielung einer vorteil­ haften und kompakten Bauweise konzentrisch zueinander an­ geordnet sind. Die Stellbolzen sind auf ihren Außenseiten mit Schrägverzahnungen versehen und wirken mit den zu verstellenden Nockenwellen bzw. deren Antriebsrädern der­ art zusammen, daß die Schrägverzahnung des jeweiligen Verstellbolzens mit entsprechenden Schrägverzahnungen der Nockenwellen und/oder deren Antriebsrädern kämmt, so daß der jeweilige Verstellbolzen, wenn er in Längsrichtung der jeweiligen Nockenwelle verschoben wird, diese durch diese Verschiebebewegung um ihre Längsachse verdreht.

Bevorzugt werden die Stellbolzen hydraulisch bewegt, d. h. die Stellbolzen tragen Kolben, die in einem Hydraulik­ zylinder oder einer Hydraulikkammer angeordnet sind. Durch entsprechende Beaufschlagung mit einem Hydraulikme­ dium lassen sich dann diese Kolben und damit auch die Verstellbolzen in Längsrichtung verfahren. Es bietet sich an, die Kolben aller Stellbolzen - in einer bevorzugten Ausführungsform sind zwei konzentrisch zueinander ange­ ordnete Stellbolzen vorgesehen - in einer gemeinsamen Hydraulikkammer anzuordnen. Diese Kolben unterteilen die Hydraulikkammer dabei in mehrere in Reihe geschaltete Hydraulikräume, im Falle von zwei Kolben ergeben sich drei in Reihe geschaltete Hydraulikräume. Durch entspre­ chende Beaufschlagung dieser Hydraulikräume mit unter­ schiedlich hohen Druckniveaus können somit in den einzel­ nen Hydraulikräumen unterschiedliche Druckverhältnisse erzeugt werden, wodurch ein oder auch beide Stellbolzen wie gewünscht verschoben werden können. Hierzu können den Hydraulikräumen individuelle Ventile zugeordnet sein, die eine jeweils gewünschte Verbindung mit einem Hydraulik­ system herstellen oder unterbrechen, wobei das Hydraulik­ system bevorzugt zwei unterschiedliche Druckniveaus an­ bietet.

Ein bevorzugtes Ausführungsbeispiel, das diese sowie wei­ tere vorteilhafte sowie ggf. erfindungswesentliche Merk­ male zeigt, wird im folgenden anhand einer Prinzipskizze näher beschrieben.

Gezeigt ist ein Längsschnitt durch eine erfindungsgemäße Antriebsverstelleinheit 10, die stirnseitig an eine nicht gezeigte Brennkraftmaschine angeflanscht ist. Eine erste Nockenwelle der Brennkraftmaschine ist mit 11 bezeichnet, die zweite Nockenwelle der Brennkraftmaschine ist nicht dargestellt, sondern wird mittels eines endlosen Zugmit­ telgetriebes oder eines Rädertriebes von einem Antriebs­ rad 20 angetrieben. Anschließend an den Nocken 12 der er­ sten Nockenwelle 11 ist die Nockenwelle abgebrochen, tatsächlich erstreckt sie sich jedoch über weitere Brenn­ kraftmaschinen-Zylinder und besitzt demgemäß weitere Nocken.

Konzentrisch innerhalb der stirnseitig abschnittsweise hohlzylindrisch ausgebildeten ersten Nockenwelle 11 ist ein Stellbolzen 13 angeordnet. Dieser erste Stellbolzen 13 ist mit der ersten Nockenwelle 11 über eine Schrägver­ zahnung 14 verbunden. Konzentrisch außerhalb des ersten Stellbolzens 13 ist ein zweiter Stellbolzen 23 vorgese­ hen, der über eine Schrägverzahnung 24 mit dem Antriebs­ rad 20 der zweiten Nockenwelle verbunden ist.

Die beiden Stellbolzen 13, 23 ragen in eine Hydraulikkam­ mer 16 hinein und tragen an ihrem Ende jeweils einen Kol­ ben 15, 25, die zusammen mit der Hydraulikkammer 16 je­ weils eine Zylinder-Kolben-Einheit bilden. Verbunden sind diese Kolben 15, 25 mit der Wand der Hydraulikkammer 16 jeweils über eine Längsverzahnung 17, so daß bezüglich dieser Hydraulikkammer 16 die beiden Kolben 15, 25 bzw. die beiden Stellbolzen 13, 23 in Richtung der Längsachse 19 verschiebbar sind, wobei gleichzeitig von der Hydrau­ likkammer 16 auf die beiden Stellbolzen 13, 23 ein Dreh­ moment um diese Wellenlängsachse übertragen werden kann. Die Außenwand der Hydraulikkammer 16 ist daher mit einem Treibrad 18 versehen, so daß quasi die Hydraulikkammer 16 in das Treibrad integriert ist. Rotiert somit das von der Brennkraftmaschinen-Kurbelwelle angetriebene Treibrad 18 um die Längsachse 19, so werden über die Längsverzahnung 17 die beiden Stellbolzen 13, 23 und über die Schrägver­ zahnungen 14 bzw. 24 die Nockenwelle 11 und das Nocken­ wellen-Antriebsrad 20 mitgenommen, so daß wie gewünscht die beiden Nockenwellen der Brennkraftmaschine in eine Drehbewegung versetzt werden.

Daneben kann der erste Stellbolzen 13 in Richtung der Wellenlängsachse 19 verschoben werden. Diese Verschiebe­ bewegung ruft aufgrund der Schrägverzahnung 14 eine Rela­ tiv-Drehbewegung der ersten Nockenwelle 11 hervor, wo­ durch der Phasenwinkel zwischen dieser Nockenwelle sowie der Brennkraftmaschinen-Kurbelwelle verändert wird. Wird der zweite Stellbolzen 23 in Richtung der Wellen­ längsachse 19 verschoben, so ruft dies aufgrund der Schrägverzahnung 24 eine Verdrehung des Antriebsrades 20 der zweiten Nockenwelle hervor. Hierdurch wird der Phasenwinkel zwischen der zweiten Nockenwelle sowie der Brennkraftmaschinen-Kurbelwelle verändert. Wie bekannt, läßt sich durch gezielte Anpassung der Phasenwinkel die Ladungswechseldynamik einer mit einer erfindungsgemäßen Nockenwellen-Antriebsverstelleinheit 10 ausgestatteten Brennkraftmaschine optimal auf die jeweiligen Erforder­ nisse hin auslegen.

In Richtung der Wellenlängsachse 19 verschoben werden können die beiden Stellbolzen 13, 23 durch entsprechende Beaufschlagung der an ihnen befestigten Kolben 15, 25 mit hydraulischem Druck. Wie bereits erläutert sind die Kol­ ben 15, 25 in einer Hydraulikkammer 16 geführt und unter­ teilen diese Hydraulikkammer in drei in Reihe geschaltete Hydraulikräume 31, 32, 33. Jeder dieser Hydraulikräume 31 bis 33 ist über ein individuelles Ventil 30 mit einem nicht gezeigten Hydrauliksystem derart verbindbar, daß in den einzelnen Hydraulikräumen unterschiedliche Druckver­ hältnisse eingestellt werden können, um über diese unter­ schiedlichen Druckverhältnisse eine Verschiebewegung des einen oder des anderen oder beider Kolben 15, 25 bzw. Stellbolzen 13, 23 zu bewirken.

Ist der erste Hydraulikraum 31 abgeschlossen und wird der Druck im zweiten Hydraulikraum 32 erhöht, während gleich­ zeitig der Druck im dritten Hydraulikraum 33 verringert wird, so bewirkt dies eine Verschiebung des ersten Stell­ bolzens 13 nach links. Hierdurch wird beispielsweise der Phasenwinkel zwischen der ersten Nockenwelle 11 sowie der Brennkraftmaschinen-Kurbelwelle vergrößert. Wird hingegen der Druck im Hydraulikraum 33 erhöht, während gleichzei­ tig der Druck im Hydraulikraum 32 verringert wird, so wird der erste Stellbolzen 13 nach rechts verschoben, was eine gegensinnige Verdrehung der ersten Nockenwelle be­ wirkt und somit eine Verringerung des Phasenwinkels her­ vorruft.

Wird bei konstantem Druck im Hydraulikraum 33 - dann ist das zugeordnete individuelle Ventil 30 geschlossen - der Druck im zweiten Hydraulikraum 32 erhöht und im ersten Hydraulikraum 31 verringert, so verschiebt dies den zwei­ ten Stellbolzen 23 in Richtung der Wellenlängsachse 19 nach rechts und verdreht damit das Nockenwellen-Antriebs­ rad 20 beispielsweise derart, daß der Phasenwinkel der zugeordneten Nockenwelle vergrößert wird. Wird umgekehrt der Druck im Hydraulikraum 31 erhöht und der Druck im Hydraulikraum 32 herabgesetzt, so wird durch Linksver­ schiebung des zweiten Stellbolzens 23 dann der Phasenwin­ kel verringert.

Selbstverständlich ist es auch möglich, die Druckverhält­ nisse in sämtlichen drei Hydraulikräumen 31, 32, 33 gleichzeitig zu verändern und somit gleichzeitig eine Va­ riation der Phasenwinkel der beiden Nockenwellen zu er­ zielen. Darüber hinaus sind eine Vielzahl von Abwandlun­ gen insbesondere konstruktiver Art vom gezeigten Ausfüh­ rungsbeispiel möglich, die weiterhin unter den Inhalt der Patentansprüche fallen. So muß beispielsweise das An­ triebsrad 20 der zweiten Nockenwelle nicht an der gezeig­ ten Stelle gelagert sein, sondern der Stellbolzen 23 kann mit seiner Schrägverzahnung 24 auch an eine andere Stelle geführt sein, wo er dann mit dem dort befindlichen An­ triebsrad 20 zusammenwirkt.

Claims (3)

1. Hubkolben-Brennkraftmaschine mit zumindest zwei räumlich getrennt voneinander angeordneten Nocken­ wellen sowie einer von der Brennkraftmaschinen-Kur­ belwelle angetriebenen Nockenwellen-Antriebsver­ stelleinheit (10), mit Hilfe derer die Phasenwinkel zumindest zweier Nockenwellen (erste Nockenwelle 11, Antriebsrad 20 der zweiten Nockenwelle) bezüglich der Kurbelwelle voneinander verschiedenartig verän­ derbar sind, dadurch gekennzeichnet, daß in der Nockenwellen-An­ triebsverstelleinheit (10) zur individuellen Ver­ stellung der Nockenwellen in Wellenlängsrichtung (19) individuell verschiebbare, konzentrisch zuein­ ander angeordnete Stellbolzen (13, 23) vorgesehen sind, die über Schrägverzahnungen (14, 24) mit der zugeordneten Nockenwelle (11) und/oder einem Nocken­ wellen-Antriebsrad (20) in Verbindung stehen.

2. Brennkraftmaschine nach Anspruch 1, dadurch gekennzeichnet, daß die Stellbolzen (13, 23) Kolben (15, 25) tragen, die eine gemeinsame Hydrau­ likkammer (16) für die insbesondere beiden Kolben (15, 25) in insbesondere drei in Reihe geschaltete Hydraulikräume (31, 32, 33) unterteilen.

3. Brennkraftmaschine nach Anspruch 2, dadurch gekennzeichnet, daß die Hydraulikräume (31, 32, 33) über individuelle Ventile (30) mit einem Hydrauliksystem verbindbar sind, um durch individu­ elle Ansteuerung der Ventile (30) gewünschte Druck­ verhältnisse zwischen den Hydraulikräumen herzustel­ len und somit den gewünschten Stellbolzen (13, 23) wie gewünscht zu verschieben.