DE102016208392A1

DE102016208392A1 - Nockenwelle

Info

Publication number: DE102016208392A1
Application number: DE102016208392.9A
Authority: DE
Inventors: Harald Elendt; Claudia Zielinski
Original assignee: Schaeffler Technologies AG and Co KG
Current assignee: Schaeffler Technologies AG and Co KG
Priority date: 2016-05-17
Filing date: 2016-05-17
Publication date: 2017-11-23

Abstract

Die Erfindung betrifft eine axial verschiebbar im Gehäuse eines Verbrennungsmotors gelagerte, zumindest eine Nockengruppe (4, 10) mit wenigstens zwei unterschiedlichen Nocken (6, 8; 12, 14) tragende Nockenwelle (2), ferner aufweisend ein auf einem axialen Endabschnitt (20) der Nockenwelle (2) über eine Längsverzahnung (22) drehgekoppelt angeordnetes, im Gehäuse axial feststehend montiertes und mit einer Kurbelwelle antriebsverbundenes Antriebsritzel (24). Um bei einer axialen Verstellung der Nockenwelle (2) zur Nockenumschaltung gleichzeitig eine Phasenverstellung zwischen Nockenwelle (2) und der Kurbelwelle auszuführen, ist die Längsverzahnung (22) als Schrägverzahnung ausgebildet, so dass die Nockenwelle (2) bei einer Längsverstellung gegenüber dem Antriebsritzel (24) verdreht wird.

Description

Die Erfindung betrifft eine axial verschiebbar im Gehäuse eines Verbrennungsmotors gelagerte, zumindest eine Nockengruppe mit wenigstens zwei unterschiedlichen Nocken tragende Nockenwelle, ferner aufweisend ein auf einem axialen Endabschnitt der Nockenwelle über eine Längsverzahnung drehgekoppelt angeordnetes, im Gehäuse axial feststehend montiertes und mit einer Kurbelwelle antriebsverbundenes Antriebsritzel.
Um beispielsweise den Wirkungsgrad und den Treibstoffverbrauch eines Verbrennungsmotors bei unterschiedlichen Drehzahlen und wechselnden Belastungen zu optimieren, wird bei modernen Motoren eine an die unterschiedlichen Betriebsbedingungen angepasste variable Ventilsteuerung genutzt.
Diese umfasst im allgemeinen zwei unterschiedliche Maßnahmen, nämlich einerseits eine Veränderung des Ventilhubes und der Ventilöffnungszeit, um beispielsweise den Füllungsgrad des zugeordneten Zylinders zu verändern, sowie andererseits eine Veränderung der Synchronisierung zwischen Kurbelwelle und Nockenwelle (Phasenverstellung), um beispielsweise eine Überschneidung der Öffnungszeiten der Einlassventile und Auslassventile zu verändern, wie allgemein bekannt ist.
Variable Ventilhübe und Ventilöffnungszeiten erreicht man etwa durch Zuordnung unterschiedlich profilierter Nocken zu jeweils einem Einlassventil oder Auslassventil. Dazu sind gemäß einer bekannten Lösung auf einer axial verschiebbaren Nockenwelle jeweils einem Ventil zugeordnete Nockengruppen mit unterschiedlich profilierten Nocken angeordnet, die durch axiale Verschiebung der Nockenwelle wahlweise mit dem zugeordneten Ventil in Wirkverbindung gebracht werden. Eine gerade Längsverzahnung zwischen Nockenwelle und Antriebsritzel ermöglicht die Längsbewegung der Nockenwelle gegenüber dem die Nockenwelle antreibenden Antriebsritzel.
Eine Phasenverstellung erreicht man beispielsweise dadurch, dass das auf der Nockenwelle angeordnete, mit der Kurbelwelle antriebsverbundene Antriebsritzel in Bezug zur Nockenwelle verdreht wird, wodurch die Winkellage der Nockenwelle gegenüber der Kurbelwelle verändert wird. Auf der aus dem Internet herunterladbaren Seite mit der Adresse https//de.wikipedia.org/wiki/Nockenwellenverstellung#VANOS ist ein solches System beschrieben, wobei für diese Verstellung ein gesonderter, konstruktiv und herstellungstechnisch aufwendiger Verstellantrieb eingesetzt wird, bei welchem eine Axialbewegung eines hydraulischen Stellkolbens über eine Schrägverzahnung in eine Verdrehung umgewandelt wird.
Vor diesem Hintergrund liegt der Erfindung die Aufgabe zugrunde, eine Nockenwelle der im Oberbegriff des Anspruchs 1 sowie eingangs genannten Art zu schaffen, bei der mit konstruktiv und herstellungstechnisch einfachen Mitteln eine Nockenumschaltung sowie eine gleichzeitige Phasenverstellung erreicht wird.
Die Lösung dieser Aufgabe ergibt sich aus den Merkmalen des Hauptanspruchs, während vorteilhafte Ausgestaltungen und Weiterbildungen der Erfindung den Unteransprüchen entnehmbar sind.
Der Erfindung liegt dabei die Erkenntnis zugrunde, dass sich die für eine Nockenumschaltung erforderliche axiale Verstellbewegung der Nockenwelle mittels geeigneter Getriebemittel in eine Phasenverstellbewegung der Nockenwelle umwandeln lassen sollte.
Demnach geht die Erfindung aus von einer axial verschiebbar im Gehäuse eines Verbrennungsmotors gelagerte, zumindest eine Nockengruppe mit wenigstens zwei unterschiedlichen Nocken tragende Nockenwelle, ferner aufweisend ein auf einem axialen Endabschnitt der Nockenwelle über eine Längsverzahnung drehgekoppelt angeordnetes, im Gehäuse axial feststehend montiertes und mit einer Kurbelwelle antriebsverbundenes Antriebsritzel. Zur Lösung der gestellten Aufgabe ist dabei vorgesehen, dass die Längsverzahnung als Schrägverzahnung ausgebildet ist.
Eine variable Ventilsteuerung der im Oberbegriff des Patentanspruchs 1 genannten Art erfolgt im Allgemeinen in zwei oder drei Stufen. Die erwähnten Nockengruppen umfassen dazu entweder zwei unterschiedliche Nocken, beispielsweise für einen großen Nockenhub und einen kleinen Nockenhub, oder drei unterschiedliche Nocken für einen großen Nockenhub, einen kleinen Nockenhub und eine Zylinderabschaltung, wobei ein kleiner Nockenhub für den mittleren und unteren Drehzahlbereich sowie ein großer Nockenhub für hohe Drehzahlen vorgesehen ist. Eine an diese unterschiedlichen Betriebsbedingungen angepasste Phasenverstellung, mit der beispielsweise eine kleine zeitliche Ventilbetätigungsüberschneidung für den Leerlauf und eine große Ventilbetätigungsüberschneidung für den Teillastbetrieb eingestellt werden kann, ermöglicht eine weitere Optimierung des Motorwirkungsgrades.
Die vorliegende Erfindung ermöglicht es in einfacher Weise, mit der Nockenumschaltung gleichzeitig eine daran angepasste Phasenverstellung durchzuführen. Bei einer axialen Verschiebung der Nockenwelle zum Zwecke der Nockenumschaltung wird über die Schrägverzahnung gleichzeitig die Nockenwelle gegenüber dem mit der Kurbelwelle antriebsverbundenen Antriebsritzel verdreht und damit eine Phasenverstellung gegenüber der Kurbelwelle bewirkt. Über die geometrische Ausgestaltung der Schrägverzahnung kann das Maß der Phasenverstellung beeinflusst und an die jeweilige, durch die ausgewählten Nocken bestimmte Betriebsbedingung angepasst werden. Ein besonderer Vorteil ergibt sich insbesondere daraus, dass ein gesonderter Antrieb für die Phasenverstellung entfallen kann, da diese durch den Antrieb für die Nockenumschaltung besorgt wird.
Gemäß einer Weiterbildung der Erfindung ist vorgesehen, dass das Antriebsritzel unverschiebbar und drehfest auf einer im Gehäuse axial fixierten Zwischenhülse angeordnet ist, und dass die Zwischenhülse über eine an ihrer radialen Innenseite ausgebildete innere Schrägverzahnung mit einer an der Außenseite des Endabschnittes der Nockenwelle ausgebildeten äußeren Schrägverzahnung zusammenwirkt.
Gemäß einer weiteren Ausgestaltung der Erfindung sind zwischen dem Endabschnitt der Nockenwelle und der Zwischenhülse Rastmittel angeordnet, mittels derer die Nockenwelle in vorgegebenen, der Anzahl der Nocken einer zugeordneten Nockengruppe entsprechenden Längsstellungen verrastbar ist.
Gemäß einer besonders günstigen konstruktiven Ausgestaltung der Erfindung ist vorgesehen, dass die Zwischenhülse über ein Drehlager, beispielsweise ein Wälzlager drehbar im Gehäuse des Motors gelagert ist, wie anhand eines Ausführungsbeispiels genauer dargestellt wird.
Die Erfindung lässt sich anhand eines Ausführungsbeispiels weiter erläutern. Dazu ist der Beschreibung eine Zeichnung beigefügt. In dieser zeigt
1 in einer perspektivischen Ansicht eine Nockenwelle mit zwei darauf fest angeordnete Nockengruppen sowie mit einem über eine Schrägverzahnung auf der Nockenwelle angeordneten Antriebsritzel, und
2 eine Schnittansicht der Nockenwelle gemäß 1.
Die in 1 dargestellte Nockenwelle 2 trägt eine erste Nockengruppe 4 mit einem Kleinhubnocken 6 und einem Großhubnocken 8 zur Steuerung eines ersten, nicht dargestellten Ventils, sowie eine zweite Nockengruppe 10 mit einem Kleinhubnocken 12 und einem Großhubnocken 14 zur Steuerung eines zweiten, nicht dargestellten Ventils. Zwischen den beiden Nockengruppen 4, 10 ist ein Nutstück 16 mit einer Steuernut 18 angeordnet, in die ein nicht dargestellter Aktorstift eines Aktors eingreift, um die Nockenwelle 2 bei deren Drehen zwischen zwei Endstellungen zu verschieben, bei denen jeweils entweder die Kleinhubnocken 6, 12 oder die Großhubnocken 8, 14 in Wirkeingriff mit den zugeordneten Ventilen sind.
An dem in der 1 linken axialen Endabschnitt 20 der Nockenwelle 2 ist eine als Schrägverzahnung ausgebildete Längsverzahnung 22 vorhanden, auf der ein Antriebsritzel 24 angeordnet ist. Das Antriebsritzel 24 ist auf eine anhand der 2 näher beschriebenen Art in einem Gehäuse des Motors axial fixiert, so dass es bei einer axialen Bewegung der Nockenwelle 2 dieser gegenüber gedreht wird. Auf diese Weise wird die Winkelstellung der Nockenwelle 2 gegenüber dem Antriebsritzel 24 und damit gegenüber der Kurbelwelle der Brennkraftmaschine verstellt, also eine Phasenverstellung durchgeführt.
2 zeigt die Nockenwelle 2 gemäß der 1 in einem Längsschnitt. Man erkennt die Kleinhubnocken 6, 12, die Großhubnocken 8, 14 sowie das Nutstück 16 mit der dort ausgebildeten Steuernut 18.
Das Antriebsritzel 24 ist drehfest und axial feststehend auf einer Zwischenhülse 26 angeordnet, die ihrerseits über eine an deren radialen Innenseite ausgebildete innere Schrägverzahnung 28 mit der an der radialen Außenseite des Endabschnittes 20 der Nockenwelle 2 ausgebildeten äußeren, als Schrägverzahnung ausgebildeten Längsverzahnung 22 zusammenwirkt.
Das Antriebsritzel 24 und der über einen Zwischenring 28 zu diesem beabstandete Innenring 30 eines Kugellagers 37 sind mittels Schraubbuchsen 32, 34 mit der Zwischenhülse 26 verspannt und somit axial und in Drehrichtung auf der Zwischenhülse 26 fixiert. Der Außenring 36 des Kugellagers sitzt im nicht dargestellten Gehäuse des Motors. Das Kugellager 36 bildet somit ein Drehlager für die gezeigte Nockenwellenanordnung.
In dem hohl ausgebildeten axialen Endabschnitt 20 der Nockenwelle 2 sind mehrere Radialbohrungen ausgebildet, die Rastkugeln 38 aufnehmen. Diese werden durch einen axial federbelasteten Keil 40 radial nach außen in an der Innenseite der Zwischenhülse 26 ausgebildete, axial beabstandete Rastnuten 42, 44 gedrückt, mittels denen die Nockenwelle 2 in ihren beiden definierten Steuerstellungen verrastbar ist.
Die in der Zeichnung dargestellte Nockenwelle 2 findet beispielsweise Anwendung in einem Einzylinder/Vierventil-Basismotor mit Schwinghebelbetätigung der Ventile, hier für die Einlassventile. Die Lösung ist generell auf andere Motorbauformen übertragbar, ebenso ist eine auslassseitige Anwendung derselben möglich.
Bezugszeichenliste

2: Nockenwelle
4: Nockengruppe
6: Kleinhubnocken
8: Großhubnocken
10: Nockengruppe
12: Kleinhubnocken
14: Großhubnocken
16: Nutstück
18: Steuernut im Nutstück
20: Endabschnitt der Nockenwelle
22: Längsverzahnung an der Nockenwelle, als Schrägverzahnung ausgebildet
24: Antriebsritzel
26: Zwischenhülse
28: Schrägverzahnung an der Zwischenhülse
30: Innenring
32: Erste Schraubbuchse
34: Zweite Schraubbuchse
36: Außenring
37: Wälzlager, Drehlager
38: Rastkugeln
40: Keil
42: Erste Rastnut
44: Zweite Rastnut

ZITATE ENTHALTEN IN DER BESCHREIBUNG
Diese Liste der vom Anmelder aufgeführten Dokumente wurde automatisiert erzeugt und ist ausschließlich zur besseren Information des Lesers aufgenommen. Die Liste ist nicht Bestandteil der deutschen Patent- bzw. Gebrauchsmusteranmeldung. Das DPMA übernimmt keinerlei Haftung für etwaige Fehler oder Auslassungen.
Zitierte Nicht-Patentliteratur

https//de.wikipedia.org/wiki/Nockenwellenverstellung#VANOS [0005]

Claims

Axial verschiebbar im Gehäuse eines Verbrennungsmotors gelagerte, zumindest eine Nockengruppe (4, 10) mit wenigstens zwei unterschiedlichen Nocken (6, 8; 12, 14) tragende Nockenwelle (2), ferner aufweisend ein auf einem axialen Endabschnitt (20) der Nockenwelle (2) über eine Längsverzahnung (22) drehgekoppelt angeordnetes, im Gehäuse axial feststehend montiertes und mit einer Kurbelwelle antriebsverbundenes Antriebsritzel (24), dadurch gekennzeichnet, dass die Längsverzahnung (22) als Schrägverzahnung ausgebildet ist.
Nockenwelle nach Anspruch 1, dadurch gekennzeichnet, dass das Antriebsritzel (24) unverschiebbar und drehfest auf einer im Gehäuse axial fixierten Zwischenhülse (26) angeordnet ist, und dass die Zwischenhülse (26) über eine an ihrer radialen Innenseite ausgebildete innere Schrägverzahnung (28) mit einer an der Außenseite des Endabschnittes (20) der Nockenwelle (2) ausgebildeten äußeren Schrägverzahnung (22) zusammenwirkt.
Nockenwelle nach Anspruch 2, dadurch gekennzeichnet, dass zwischen dem Endabschnitt (20) der Nockenwelle (2) und der Zwischenhülse (26) Rastmittel vorgesehen sind, mittels derer die Nockenwelle (2) in vorgegebenen Längsstellungen verrastbar ist.
Nockenwelle nach einem der Ansprüche 1 bis 3, dadurch gekennzeichnet, dass die Zwischenhülse (26) über ein Drehlager (37) drehbar im Gehäuse des Motors gelagert ist.