Login| Sign Up| Help| Contact|

Patent Searching and Data


Title:
CAMSHAFT DRIVE
Document Type and Number:
WIPO Patent Application WO/1994/024419
Kind Code:
A1
Abstract:
Described is a camshaft drive for the outlet and inlet valves and for actuating the fuel-injection pump (6) of a diesel engine, the invention calling for the three actuation functions to be carried out by the same cam (2) indirectly via a rocker arm (3, 5) for each cylinder.

More Like This:
Inventors:
ABSENGER ERICH (DE)
Application Number:
PCT/EP1994/001097
Publication Date:
October 27, 1994
Filing Date:
April 08, 1994
Export Citation:
Click for automatic bibliography generation   Help
Assignee:
HATZ MOTOREN (DE)
ABSENGER ERICH (DE)
International Classes:
F01L1/04; F01L1/12; F01L1/18; F02M39/02; F02M57/02; F02M59/10; F02B3/06; (IPC1-7): F01L1/12; F01L1/18
Foreign References:
FR1563362A1969-04-11
GB662172A1951-12-05
GB1201872A1970-08-12
FR2643676A11990-08-31
Other References:
See also references of EP 0646217A1
Download PDF:
Claims:
Patentansprüche
1. Nockentrieb über eine Nockenwelle für das Auslaß und das Einlaßventil und für die Betätigung der Einspritzpumpe (6) bei einem Dieselmotor, wobei zur Betätigung der drei Funktionen je Zylinder nur ein Nocken (2) vorgesehen ist, dadurch gekennzeichnet, daß die Betätigung durch den Nocken (2) jeweils mittelbar über einen Kipphebel (3, 5) erfolgt, und daß zur Steuerung der Stempelgeschwindig¬ keit der Einspritzpumpe (6) die Hebelüber¬ setzung bezüglich der Kipphebel¬ schwenkachse (20) und deren Abstand von der Verbindungslinie zwischen dem Abwälz punkt (26) des Kipphebels (5) mit dem Nocken (2) und dem Abwälzpunkt (25) des Kipphebels (5) mit dem Stempel (13) derart gewählt werden daß bei einem Pumpenhub von höchstens 10 mm das Geschwindigkeitsprofil für die Stempelgeschwindigkeit, bezogen auf den Nockenwinkel, steiler ansteigt als für die beiden Ventile. Nockentrieb nach Anspruch 1, dadurch gekennzeichnet, daß der Abstand weniger als 40 % der Länge der Verbindungslinie, vorzugsweise zwischen 5% und 15% beträgt. Nockentrieb nach Anspruch 2, dadurch gekennzeichnet, daß der Kipphebel (5) etwa linear gestreckt ausgebildet ist.
Description:
Nockenwellenantrieb

Die Erfindung betrifft einen Nockentrieb über eine Nockenwelle für das Auslaß- und das Einlaßventil und für die Betätigung der Einspritzpumpe bei einem Dieselmotor, wobei zur Betätigung der drei Funktionen je Zylinder nur ein Nocken vorgesehen ist.

Insbesondere bei Kleindieselmotoren ist die Verkürzung der Nockenwelle ein vom Konstruk¬ teur angestrebtes Ziel. Er wird daher versu¬ chen, die Zahl der Nocken für über die Nocken¬ welle zu betätigende Antriebe zu reduzieren. Problematisch sind dabei die unterschiedlichen Anforderungen an die Bewegungsabläufe einer¬ seits für die beiden Ventile und andererseits für die Einspritzpumpe. Bei der Ventil¬ steuerung geht es darum, daß das Einlaßventil bei Erreichen des oberen Totpunkts und das Auslaßventil bei Erreichen des unteren Totpunkts hinreichend lange offen sind, so daß eine gute Füllung bzw. Entleerung des Zylinders erreicht werden kann. Dement¬ sprechend wird vom Konstrukteur ein eher gestreckter, idealerweise rechteckiger Kurven¬ verlauf zwischen oberem und unterem Totpunkt angestrebt. Durch einen an ein derartiges Rechteckprofil angenäherten Kurvenverlauf können die auf seiten des Ventiltriebs auftre-

tenden Massenbeschleunigungen und Hertz'sehen Kräfte begrenzt werden.

Andererseits gehen die Anforderungen für den Antrieb der Einspritzpumpe dahin, daß die eigentliche Einspritzzeit möglichst kurz zu gestalten ist. Der ideale Kurvenverlauf für die Stempelgeschwindigkeit, bezogen auf den Nockenwinkel, ist hier eine bis zum oberen Totpunkt besonders steil ansteigende Kurve, für die Geschwindigkeit des Stempels der Ein¬ spritzpumpe; dabei reihen sich innerhalb die¬ ses ansteigenden Astes der Geschwindigkeits- kurve zeitlich aneinander die drei Phasen der Pumpensteuerung, nämlich der Vorhub, während dem der Ansaugkanal geschlossen wird, ein Zwi¬ schenhub, während dem das Entlastungsvolumen in der Einspritzpumpe gefüllt wird und schließlich der kurz vor Erreichen des oberen Totpunkts des Pumpenstempels beendete Ein¬ spritzhub. Demgegenüber ist der abfallende Ast des Geschwindigkeitsprofils eher als un¬ kritisch zu bezeichnen.

Ausgehend von diesen unterschiedlichen Anfor¬ derungen an die Steuerung der beiden Ventile einerseits und der Einspritzpumpe andererseits sah sich der Konstrukteur bisher gezwungen, zur Realisierung der beiden Funktionen getrennte Nockenwellenantriebe vorzusehen, z.B. in Form einer Nockenwelle mit zwei

Nocken, nämlich einem zur Betätigung der Schlepphebel für das Einlaß- und das Ausla߬ ventil und einem weiteren für die Betätigung der Einspritzpumpe.

Außerdem ist ein Nockenantrieb für drei Funktionen, aber mit nur einem Nocken bekannt (DE-Al-3325510), wobei diese Funktion die Betätigung von Einspritzpumpe sowie Aus- und Einlaßventil bedeutet. Die oben erläuterten Anforderungen an unterschiedliche Bewegungs¬ abläufe können mit dem bekannten Nockenantrieb jedoch nicht erfüllt werden.

Demgegenüber besteht das Ziel der vorliegenden Erfindung darin, einen einfachen multifunktio¬ nalen Nockenwellenantrieb zu schaffen, der einen reduzierten konstruktiven Aufwand erfor¬ dert und eine kompakte Bauweise ermöglicht, so daß er in besonderer Weise den Anforderungen an sehr kleine Dieselaggregate gerecht wird.

Diese Aufgabe wird nach dem erfindungsgemäßen Vorschlag dadurch gelöst, daß die Betätigung durch den Nocken jeweils mittelbar über einen Kippegel erfolgt, und daß zur Steuerung der Stempelgeschwindigkeit der Einspritzpumpe die Hebelübersetzung bezüglich der Kipphebel- schwenkachse und deren Abstand von der Verbin¬ dungslinie zwischen dem Abwälzpunkt des Kipphebels mit dem Nocken und dem Abwälzpunkt

des Kipphebels mit dem Stempel derart gewählt werden, daß bei einem Pumpenhub von höchstens 10 mm das Geschwindigkeitsprofil für die Stempelgeschwindigkeit, bezogen auf den Nockenwinkel, steiler ansteigt als für die beiden Ventile. Dadurch ergibt sich nicht nur ein extrem kleines Bauvolumen für den gesamten Nockenwellenantrieb einschließlich Anordnung der Einspritzpumpe; über den Kipphebel für die Einspritzpumpe können neben den drei genannten Funktionen sogar noch weitere Motorfunktionen betätigt werden, z.B. eine Schmierölpumpe und/oder eine Kraftstofförderpumpe.

Im Rahmen der Erfindung ist die Ausbildung des Kipphebels für die Betätigung der Einspritz¬ pumpe von besonderer Bedeutung. Während die Kipphebel für die Betätigung des Auslaß- und des Einlaßventils in üblicher Weise als Schlepphebel ausgebildet sein können, geht es bei der Ausbildung des Kipphebels für die Ein¬ spritzpumpe darum, durch dessen Gestaltung und Anordnung das oben erläuterte steile Geschwin¬ digkeitsprofil für die Stempelgeschwindigkeit zu verwirklichen. Zu diesem Zweck wird erfin¬ dungsgemäß von der Überlegung ausgegangen, daß für den Verlauf der Stempelgeschwindigkeit der Einspritzpumpe neben der Hebelübersetzung bezüglich der Kipphebelschwenkachse die räum¬ liche Anordnung der Kipphebelschwenkachse ma߬ geblich ist, derart, daß die Stempelgeschwin-

digkeit, bezogen auf den Nockenwinkel, einen steileren Verlauf nimmt, je geringer der Abstand der Kipphebelschwenkachse von der Verbindungslinie zwischen den beiden Abwälz- punkten des Kipphebels gewählt wird; dieser Abstand kann sogar einen negativen Wert an¬ nehmen, d.h. die Kipphebelschwenkachse wandert über die genannte Verbindungslinie auf deren Seite, auf welcher sich auch die Nockenwelle befindet. In der Praxis hat es sich als zweck¬ mäßig erwiesen, den Abstand des Mittelpunkts der Kipphebelschwenkachse von der Verbindungs¬ linie zwischen dem Abwälzpunkt mit den Nocken und dem Abwälzpunkt mit dem Stempel weniger als 40 % der Länge dieser Verbindungslinie, vorzugsweise zwischen 5% und 15%, zu wählen. In einer besonders bevorzugten Ausführungsform nimmt der Kipphebel eine etwa linear gestreckte Form an, d.h. die Schwenkachse des Kipphebels besitzt weniger als 10% seitliche Versetzung, bezogen auf die Länge der Verbin¬ dungslinie zwischen dem nockenseitigen und dem stempelseitigen Abwälzpunkt des Kipphebels. Auf diese Weise wird eine hohe Relativ¬ geschwindigkeit zwischen dem umlaufenden Nocken und dem zugeordneten Abwälzpunkt sichergestellt. Geometrisch bedeutet dies, daß die Kreisbahn des Abwälzpunkts mit der durch die Nockenrotation vorgegebenen Wirkrichtung einen verhältnismäßig großen Winkel ein¬ schließt, bzw. anders ausgedrückt, daß der

Abwälzpunkt dem Nocken gewissermaßen entgegen¬ läuft, mit dem Ergebnis, daß die Relativ¬ geschwindigkeit im Abwälzpunkt zunimmt und damit entsprechend die Geschwindigkeit des Pumpenstempels.

Demgegenüber wäre es unzureichend, gegenüber üblichen Kipphebeln bloß die Hebelübersetzung des Kipphebels für die Pumpenbetätigung zu vergrößern. Zwar lassen sich auch auf diese Weise höhere Antriebsgeschwindigkeiten erzielen; gleichzeitig bedeutete aber die Verlängerung des pumpenseitigen Kipphebelarms eine entsprechende Vergrößerung des Pumpen¬ hubs, da die Einspritzpumpe nicht beliebig nahe an die Nockenwelle positioniert werden kann. Auf dem Markt sind aber nur Einspritz¬ pumpen mit einem verhältnismäßig kleinen, etwa bis auf 10 mm begrenzten Pumpenhub erhältlich. Erst durch den "gestreckten Kipphebel" im Sinne des Erfindungsvorschlags wurde der Weg für die Anwendung einer einzigen Nocke zur Betätigung sowohl der Ventile als auch der Einspritzpumpe frei.

Die Rückstellfeder für den Kipphebel, welcher die Einspritzpumpe betätigt, kann entweder durch die Stempelfeder in der Einspritzpumpe oder durch eine gesonderte an einer Verlänge¬ rung des nockenseitigen Endes des Kipphebels ansetzende Druckfeder oder auch durch eine

entsprechend positionierte Zugfeder gebildet sein, so daß der ständige Kontakt mit der Nocke sichergestellt ist. Die beiden Ventile sind in der üblichen Weise durch Ventilfedern abgestützt. Für den Fall, daß die Stempelfeder in der Einspritzpumpe weggelassen ist, weil sie nämlich durch eine am Kipphebel angrei¬ fende externe Druck- oder Zugfeder ersetzt ist, ist es erforderlich, den Abwälzpunkt des Kipphebels am Fußende des Stempels durch einen Mitnehmer in ständiger Anlage mit dem Stempel- fuß zu führen.

Im folgenden wird ein Ausführungsbeispiel der

Erfindung anhand der Zeichnung erläutert. Es zeigt

Fig. 1 einen Querschnitt durch eine Dreifunk- tions-Nockenwelle

Fig. 2 einen gestreckten Kipphebel für den Antrieb der Einspritzpumpe

Fig. 3 einen nach außen gewinkelten Kipphebel für den Antrieb der Einspritzpumpe

Fig. 4 einen nach innen gewinkelten Kipphebel für den Antrieb der Einspritzpumpe und

Fig. 5 Kurvendiagramme für die Kipphebel¬ formen gemäß Fig. 2 bis 4.

Fig. 1 zeigt einen Querschnitt durch eine Nockenwelle 1 mit einem einzigen Nocken 2 einerseits für die Betätigung der Schlepphebel 3, mit denen die Ventilstößel 4 für das Ein-

laß- und das Auslaßventil gesteuert werden, andererseits für die Betätigung eines Kipp¬ hebels 5, mit welchem die Einspritzpumpe 6 gesteuert wird. Diese sitzt mit ihrem Pumpen¬ zylinder 7 direkt in einer entsprechenden Bohrung des Zylinderkopfs 8 in welchen auch die entsprechenden Kanäle für den Kraft¬ stofffluß eingearbeitet sind, nämlich ein Kanal 9 für die Kraftstoffzuführung und ein Kanal 10 für die Kraftstoffrückleitung. Für den Anschluß der Druckleitung ist am oberen Ende des Pumpenkopfs 11 ein Anschlußgewinde 12 vorgesehen. Der Pumpenstempel 13 ist mit seinem kipphebelseitigen Ende 14 über einen Mitnehmer 15 mit einer auf der Welle 16 gela¬ gerten Abtastrolle 17 verbunden. Eine weitere Abtastrolle 18, die um einen im Kipphebel gelagerten Bolzen 19 drehbar ist, wirkt mit dem Nocken 2 zusammen. Der Kipphebel 5 für die Betätigung der Einspritzpumpe 13 ist um eine Kipphebelschwenkachse 20 verschwenkbar. Der Kontakt zwischend der Abtastrolle 18 und den Nocken 2 der Nockenwelle 1 wird sichergestellt durch eine an einem verlängerten Ende 21 des Kipphebels 5 ansetzende Druckfeder 22, die zwischen dem Ende 21 des Kipphebels 5 und einem gehäusefesten Sitz 23 eingespannt ist. Entsprechend der Drehung der Nockenwelle in Richtung des Pfeils 24 werden durch denselben Nocken 2 drei Funktionen hintereinander bedient, nämlich der Kipphebel 5 für die Beta-

tigung der Einspritzpumpe und die beiden Schlepphebel 3 für die Betätigung der Ventil¬ stößel 4 für das Einlaßventil und das Ausla߬ ventil. Über eine nicht näher dargestellte Steuerkurve am inneren Ende des Pumpenstempels 13 werden bei dessen Betätigung die üblichen mit der Kraftstoffeinspritzung zusammen¬ hängenden Funktionen gesteuert.

Die Fig. 2 bis 4 zeigen im Vergleich unter¬ schiedlich ausgebildete Kipphebel 5 für die Pumpenbetätigung. Im Gegensatz zu dem mehr oder weniger gestreckten Kipphebel gemäß Fig. 2 ist der Kipphebel gemäß Fig. 3 nach außen abgewinkelt, d.h. die Kipphebelschwenkachse 20 befindet sich, bezogen auf die Zeichnung, unterhalb der Verbindungslinie der beiden Abwälzpunkte 25, 26 am Kipphebel 5; der Kipp¬ hebel gemäß Fig. 4 hingegen ist eher nach innen abgewinkelt, d.h. die Kipphebel- schwenkachse 20 befindet sich, bezogen auf die Zeichnung, oberhalb der genannten Verbindungs¬ linie. Bezieht man diese am optischen Erschei¬ nungsbild orientierten Verhältnisse auf den geometrischen Mittelpunkt der obigen drei Ausführungsformen des Kipphebels, so liegen die Mittelpunkte etwa auf der Verbindungslinie (Fig. 4) oder unterhalb derselben, wobei die Abstände von der Verbindungslinie zwischen den beiden Abwälzpunkten 25, 26, bezogen auf deren Längen ca. 10% (Fig. 2) bzw. ca. 30% (Fig. 3)

betragen. Somit ist bei Fig. 4 die Kipphebel- Schwenkachse 20 am weitesten nach innen (bzw. oben) versetzt, mit dem Ergebnis, daß die durch die Rotation des Nockens 2 verursachte Relativgeschwindigkeit im zugeordneten Abwälz¬ punkt 26 deutlich über derjenigen bei Fig. 2 oder 3 liegt. Zwischen der abgewinkelten Kipp¬ hebelform und seiner gestreckten Form sind zahlreiche Zwischenstellungen vorstellbar; die geeignete Form des Kipphebels 5 wird der Fach¬ mann in Anpassung an den gewünschten Verlauf der Stempelgeschwindigkeit, z.B. zwischen den beiden in Fig. 5 dargestellten extremen Kurven, wählen. In Fig. 5 zeigt die Kurve mit der durchgezogenen Linie das Profil der Stempelgeschwindigkeit mit einem etwa gestreckten Kipphebel gemäß Fig. 2; die Kurve mit der strickpunktierter Linie zeigt das Profil der Stempelgeschwindigkeit mit einem nach außen abgewinkelten Kipphebel gemäß Fig. 3. Die Kurve mit der gestrichelten Linie zeigt das Profil der Stempelgeschwindigkeit mit einem leicht nach innen abgewinkelten Kipp¬ hebel gemäß Fig. 4. Zwischen den beiden extremen Kurven sind zahlreiche Varianten mit unterschiedlicher Steilheit des für die Einspritzzeit kritischen ansteigenden Astes des Verlaufs der Stempelgeschwindigkeit über dem Nockenwinkel vorstellbar. Die Kurven verdeutlichen den Einfluß der Kipphebelform bzw. der gewählten Position der Kipphebel-

schwenkachse auf den Geschwindigkeitsverlauf. In den Fig. 2 bis 4 ist der Kipphebel 5 mit durchgezogener Linie jeweils in der Anlage¬ position an der Nocke 2 gezeigt; die mit strichpunktierter Linie dargestellte Kipp¬ hebelposition zeigt jeweils dessen maximale Auslenkung durch den Nocken 2, wobei sich der Pumpenstempel 13 stets in der maximal eingefahrenen Position befindet.

Für den Fachmann ist ohne weiteres verständ¬ lich, daß sich die Darstellung gemäß Fig. 5 lediglich auf unterschiedliche Positionen der Kipphebelschwenkachse 20 bei im übrigen raum¬ fester Position der Einspritzpumpe 13 einer¬ seits und der Nockenwelle 1 andererseits beziehen. Dabei sind die auf den Mittelpunkt der Kipphebelschwenkachse 20 bezogenen Hebel- längen zwischen dieser und den beiden Abwälz- punkten 25, 26 gleichlang gewählt; durch eine andere Hebelübersetzung lassen sich, wie ohne weiteres vorstellbar, zu den gezeichneten Kurventypen etwa parallele Kurvenverläufe erzielen.