DE3823332A1 - Vorrichtung fuer eine hubkolbenmaschine mit variabler nockenwelle - Google Patents

Description

Die Erfindung betrifft eine Nockenwellenanordnung gemäß dem Oberbegriff des Patentanspruchs 1.

Bei herkömmlichen, serienmäßigen Motoren bestimmen in starkem Maße die unveränderbaren Steuerquerschnittsflächen der Ventil­ erhebungskurven den Drehmomentsverlauf, die Nenndrehzahl, den Leerlauf, den Kraftstoffverbrauch und die Abgasemission der Maschine.

Es gibt Ausnahmen von Motoren, bei denen die Ventilerhebungs­ kurven im Hub und in der Öffnungszeit variabel sind, welche aber zum Teil nur das Emissionsverhalten, Kraftstoffverbrauch und den Drehmomentsverlauf verbessern. Andere Systeme befinden sich derzeit im Versuchsstadium, die zur Laststeuerung ohne Drosselklappe als auch zur Hebung des Drehmoments geeignet sind.

Bei dem folgend vorgestellten mechanischen System ist es mög­ lich, eine variable Ventilsteuerung mit einer längsverschieb­ baren Nockenwelle die Variation des Einlaßventils im Hub und des Einlaßschlußes so zu steuern, daß eine Laststeuerung ohne Drosselklappe möglich ist.

Durch den geringen mechanischen Mehraufwand ist das Reibmoment nicht wesentlich höher als bei einem konventionellen Ventil­ trieb bei maximaler Steuerquerschnittsfläche, dagegen verringert sich das Reibmoment dadurch, daß bei der kleiner werdenden Steuerquerschnittsfläche die Federwege und die damit verbundenen Federkräfte kleiner werden.

Bei dieser Erfindung steuert eine längsverschiebbare Nockenwelle (1) die variable Ventilerhebungskurve, indem die Nocke (3) in ihrem Grundkreis zylindrisch ist, aber die Nockenkurven an den Stirnseiten I und II verschieden sind (Fig. 7) . Somit wird die Nocke (3) zwischen den Stirnseiten I und II des Nockengrundkreises zu einer zylindrischen Walze und zwischen den Nockenkurven I und II entsteht eine Fläche der Nockenbahn, welche konisch und unsymmetrisch ist. Wenn die Nockenwelle (1) in jener axialen Position ist, wo die Nockenkurve I direkt auf der Anlaufkuppe (9) des Schlepphebels (4) abläuft, so wird die größte und längste Ventilerhebung ausgeführt. Verändert die Nockenwelle (1) die axiale Position in Richtung zu der Nockenkurve II, so wird die Ventilerhebung kleiner und der Einlaßschluß erfolgt früher, indem bei der Stirnansicht der Nocke (Fig. 7) z.B. der radiale Schnittpunkt "G" von der Nockenkurve I über dem Nockengrundkreis und der radiale Schnittpunkt "g" der Nocken­ kurve II innerhalb des Nockengrundkreises liegt.

Wenn man den zylindrischen Teil zwischen den Nockengrundkreisen I und II der Nocke (3) von der Seite ansieht, so erscheint diese Fläche bei Fig. 8 als eine horizontale Linie. Betrachtet man die Nocke (3) von der Seite, in der sich die Nockenkurven zeigen, z.B. in der Position "G" zu "g" von Fig. 7, so ergibt dies bei Fig. 8 eine diagonale Linie. Nimmt man jetzt z.B. bei Fig. 8 die senkrechten Linien von 0-10, welche die Schnittpunkte der axialen Stellung darstellen, in der sich der Schlepphebel (4) zur Nocke (3) befindet, so zeigen sich auf diesen die Nockenerhebungen, wenn man die Distanz von der horizontalen zur diagonalen Linie mißt in der jeweiligen radialen Stellung der Nocke. Der Schließpunkt ist bei Fig. 8 zu erkennen, wenn die diagonale Linie die horizontale Linie nach unten überschneidet.

Um die Nockenerhebungskurve (Fig. 9) sichtbar zu machen, sind die Schnittpunkte der axialen Stellung des Schlepphebels (4) zu der Nocke (3) in den horizontalen Linien und den dazugehörenden Kurven von 0-10 zu sehen, indem man die horizontalen Linien als Nockengrundkreis betrachtet und die Distanz der horizontalen zu den diagonalen Linien von Fig. 8 der jeweiligen senkrechten Linie von A-K zuordnet und überträgt. Aus den Nockenerhebungs­ kurven von Fig. 9 ergibt sich durch die Hebelübersetzung des Schlepphebels (4) die größere Ventilerhebungskurve von Fig. 10.

Aus den Ventilerhebungskurven von Fig. 10 ist ersichtlich, daß bei dem Schnittpunkt "0" die Ventilerhebungskurve am größten ist, bei dem Schnittpunkt "6" dagegen schneidet die Linie der Ventilerhebungskurve bei der senkrechten Linie "G" die horizontale Linie bzw. den Nockengrundkreis. Das ist der Punkt an dem das Einlaßventil (2) schließt. Die Linie der Ventilerhebungskurve verläuft nun weiter unter der Linie des Nockengrundkreises. Bei dieser Position hat der Schlepphebel (4) keine kraftschlüssige Verbindung mit der Nocke (3) mehr, somit wird nun von dem geschlossenen Einlaßventil (2) über den Tassenstößel (6) und der Ventilbremse (12) der Schlepp­ hebel (4) fixiert.

Der Schlepphebel (4) mit seiner flexiblen Kugelpfannenlagerung (7) übt bei dieser Konstruktion zwei wichtige Funktionen aus, indem er durch seine Hebelübersetzung die Erhebung der Nocken­ kurve über den Tassenstößel (6) auf das Einlaßventil (2) gesteigert überträgt, andererseits kann er sich mit seiner Anlaufkuppe (9) den Neigungen der Nockenkurve kraftschlüssig angleichen. Die Kugelpfannenlagerung (7) des Schlepphebels (4) ist auf einer Seite am Zylinderkopf (5) angebracht und wird auf der Gegenseite durch eine Nute im Tassenstößel (6) geführt.

Je nach Lasterfordernis verändert sich die Ventilüberschneidung beim oberen Totpunkt geringfügig zum Positiven, so daß bei Vollast die Ventilerhebungskurve des Einlaßventils (2) etwas früher und steiler ansteigt als bei Teillast oder gar dem Leerlauf. Da der Winkel der Ventilerhebungskurve je nach axialer Position der Nocke (3) beim Aufsetzen bzw. Schließen des Einlaß­ ventils (2) veränderlich steil ist, ist um ein sanftes Aufsetzen des Einlaßventils (2) eine Ventilbremse (12) nötig, welche z.B. an dem Nockenwellenlagerbock (11) angebracht ist, so daß sie mit ihrem Stößel (13) über den Schlepphebel (4) den Tassenstößel (6) abbremst, damit sich das Einlaßventil (2) wenige zehntel Milli­ meter vor dem Aufsetzen auf dem Ventilsitz (14) weich schließen läßt. Eine andere Aufgabe übt die Ventilbremse (12) noch aus, indem sie mit ihrem Stößel (13) den Schlepphebel (4) zwischen dem Tassenstößel (6) und dem geschlossenen Einlaßventil (2) fixiert, wenn die Fläche des Nockengrundkreises der Nocke (3) mit der Anlaufkuppe (9) des Schlepphebels (4) nicht kraft­ schlüssig ist. Durch die länglichen Buchsen der Nockenwellen­ lagerböcke (11) kann die Nockenwelle (1) mit ihren Lagern (10) axiale sowie radiale Bewegungen ausführen.

Dadurch, daß bei diesem System z.B. bei einem Reihenmotor der Verstellbereich der Nockenwelle (1) auf das Raumangebot von Zylinderdurchmesser plus ein Mal Zylinderzwischenwand begrenzt ist, wird durch die Schlepphebelübersetzung die Nockenerhebung wesentlich kleiner als die Ventilerhebung, so daß die Neigung der konischen und unsymmetrischen Nocke (3) gering gehalten werden kann.

Fig. 1 zeigt die Nocke (3), wenn der Schlepphebel (4) auf dem Nockengrundkreis abläuft

Fig. 2 zeigt die Nocke (3), wenn der Schlepphebel (4) auf der Nockenerhebungskurve I abläuft und die höchste und längste Ventilerhebung hat.

Fig. 3 zeigt die Nocke (3), wenn der Schlepphebel (4) auf der Nockenerhebungskurve II abläuft und die Nocke (3) in der radialen Position steht, wo der Schlepphebel (4) keine kraftschlüssige Verbindung mit dieser hat, so daß er durch den Stößel (13) der Ventilbremse (12) und dem Tassenstößel (6) fixiert wird.

Fig. 4 zeigt die Nocke (3), wenn der Schlepphebel (4) auf der Nockenerhebungskurve II abläuft und somit die flachste und kürzeste Ventilerhebung ausführt.

Claims (11)

1. Vorrichtung für eine nockengesteuerte Hubkolbenmaschine mit einer Nockenwelle (1), durch welche der Bewegungsablauf des Einlaßventiles (2) variabel erfolgt.

2. Ventilsteuerung nach dem Anspruch 1, dadurch gekennzeichnet, daß die Nockenwelle (1) axial verschiebbar ist.

3. Ventilsteuerung nach den Ansprüchen 1und 2, dadurch gekenn­ zeichnet, daß die Nocke (3), Fig. 7, in ihrem Grundkreis zy­ lindrisch ist, dagegen ist die Form der Nockenerhebungskurve an den Stirnseiten I und II verschieden und somit verläuft die Fläche der Nockenbahn konisch und unsymmetrisch.

4. Ventilsteuerung nach den Ansprüchen 1, 2 und 3, dadurch ge­ kennzeichnet, daß die Nockenkurve I, Fig. 7, durch ihre Form die größte und längste Erhebung ist, gegenüber der Nockenkurve II, Fig. 7, welche z.B. zwischen den radialen Positionen A und E eine minimale Erhebung haben kann oder auf dem Nockengrund­ kreis bis zu den Positionen D oder E, dann innerhalb des Nockengrundkreises nach innen bis z.B. zu der radialen Position J oder K verläuft, sich dann wieder auf den Nocken­ grundkreis zurückschwingt und somit die kleinste und phasen­ verschoben kürzeste Erhebung hat.

5. Ventilsteuerung nach den Ansprüchen 1, 2, 3 und 4, dadurch gekennzeichnet, daß bei der axialen Position der Nockenwelle (1) bzw. der Nocke (3), wo der Schlepphebel (4) auf der Seite von der Nockenform I gleitet, die Nockenerhebungskurve hub- und zeitmäßig am größten, ist. Wandert dagegen die axiale Position der Nocke (3) zu dem Schlepphebel (4) in die Richtung zu der Nockenform II, so verkleinert sich die Ventilerhebungskurve bis zu der Position, wo der Schlepphebel (4) auf der Nockenerhebungs­ kurve II gleitet, wo der kleinste Hub und die Öffnungsdauer am kürzesten ist.

6. Ventilsteuerung nach den Ansprüchen 1, 2, 3, 4 und 5, dadurch gekennzeichnet, daß durch die Schlepphebelübersetzung zwischen Nocke (3) und Einlaßventil (2) die Nockenerhebungskurve auf die Ventilerhebungskurve gesteigert wird.

7. Ventilsteuerung nach den Ansprüchen 1, 2, 3, 4, 5 und 6, dadurch gekennzeichnet, daß der Schlepphebel (4) einerseits auf dem Zylinderkopf (5) und auf der Gegenseite auf dem Tassen­ stößel (6) in Kugelpfannen (7) mit einer dazwischenliegenden Kugel (8) gelagert ist, somit kann sich der Schlepphebel (4) den Neigungen der Nockenbahn mit seiner Anlaufkuppe (9) kraftschlüssig angleichen.

8. Ventilsteuerung nach den Ansprüchen 1, 2, 3, 4, 5 und 6, dadurch gekennzeichnet, daß statt dem Anspruch 7 ein Anpassungs­ element auf einem konventionellen Schlepphebel gelagert ist, welches sich der Nockenbahn kraftschlüssig anpaßt.

9. Ventilsteuerung nach den Ansprüchen 1, 2, 3 und 4, dadurch gekennzeichnet, daß statt dem Anspruch 6 die Nockenerhebung hydraulisch auf die Ventilerhebung gesteigert wird.

10. Ventilsteuerung nach den Ansprüchen 1, 2, 3, 4, 5, 6, 7 und 8, dadurch gekennzeichnet, daß die Nockenwelle (1) mit ihren Nockenwellenlagern (10) in den Buchsen der Nockenwellenlager­ böcke (11) die radialen und axialen Bewegungen ausführen kann.

11. Ventilsteuerung nach den Ansprüchen 1, 2, 3, 4, 5, 6, 7, 8, 9 und 10, dadurch gekennzeichnet, daß das Einlaßventil (2) über den Schlepphebel (4) je nach axialer Position der Nocken­ welle (1) durch den Stößel (13) einer hydraulischen Ventil­ bremse (12) sanft geschlossen wird und der Schlepphebel (4) zwischen dem Stößel (13) und dem Tassenstößel (6), in dem die Kugelpfanne (7) in einer Nute geführt ist, bei der Stellung, wenn die Nockenkurve innerhalb des Nockengrundkreises verläuft und keine kraftschlüssige Verbindung mit der Nockenbahn hat, fixiert wird.