DE102005013402A1

DE102005013402A1 - Vorrichtung zur Veränderung der Steuerzeiten einer Brennkraftmaschine

Info

Publication number: DE102005013402A1
Application number: DE102005013402A
Authority: DE
Inventors: Dirk Dipl.-Ing. Heintzen; Roger Brighton Meyer; Gregory Troy Muller; Jeffrey Kingsville Balko
Original assignee: INA Schaeffler KG
Current assignee: Schaeffler Technologies AG and Co KG
Priority date: 2004-06-03
Filing date: 2005-03-23
Publication date: 2005-12-22
Also published as: US7305948B2; JP2005344718A; US20050268873A1

Abstract

Eine Vorrichtung (1) zur Veränderung der Steuerzeiten einer Brennkraftmaschine (2) weist einen Nockenwellenversteller (5) auf, der auf einem nicht rotierenden Lagerzapfen (6) gelagert ist. Über einen ersten Zugmitteltrieb (7) wird ein Antriebsrad (8) des Nockenwellenverstellers (5) von einer Kurbelwelle (3) angetrieben. Über einen Stellantrieb (10) wird die Rotation des Antriebsrads (8) auf ein Abtriebsteil (9) übertragen, welches drehbar zum Antriebsrad (8) angeordnet ist. Zweite und dritte Zugmitteltriebe (11, 12) stellen eine Antriebsverbindung zwischen dem Abtriebsteil (9) und zwei Nockenwellen (4, 4a) her.

Description

Gebiet der Erfindung
Die Erfindung betrifft eine Vorrichtung zur Veränderung der Steuerzeiten einer Brennkraftmaschine mit einem Nockenwellenversteller mit einem von der Kurbelwelle angetriebenen Antriebsrad und einem mindestens eine Nockenwelle antreibenden Abtriebsteil, das von dem Antriebsrad über einen hydraulischen Stellantrieb angetrieben wird, wobei der Stellantrieb mit mindestens einem Paar gegeneinander arbeitender hydraulischer Druckkammern ausgebildet ist und wobei über den Stellantrieb die Phasenlage zwischen der Kurbelwelle und der mindestens einen Nockenwelle verändert werden kann.
In Brennkraftmaschinen werden zur Betätigung der Gaswechselventile Nockenwellen eingesetzt. Die Nockenwelle ist in der Brennkraftmaschine derart angebracht, dass auf ihr angebrachte Nocken an Nockenfolgern, beispielsweise Tassenstößeln, Schlepphebeln oder Schwinghebeln, anliegen. Wird die Nockenwelle in Drehung versetzt, so wälzen die Nocken auf den Nockenfolgern ab, die wiederum die Gaswechselventile betätigen. Durch die Lage und die Form der Nocken ist somit sowohl die Öffnungsdauer als auch Amplitude aber auch der Öffnungs- und Schließzeitpunkt der Gaswechselventile festgelegt.
Moderne Motorkonzepte gehen dahin, den Ventiltrieb variabel auszulegen. Einerseits sollen Ventilhub und Ventilöffnungsdauer variabel gestaltbar sein, bis hin zur kompletten Abschaltung einzelner Zylinder. Dafür sind Konzepte wie schaltbare Nockenfolger oder elektrohydraulische oder elektrische Ventilbetätigungen vorgesehen. Weiterhin hat es sich als vorteilhaft herausgestellt, während des Betriebs der Brennkraftmaschine Einfluss auf die Öffnungs- und Schließzeiten der Gaswechselventile nehmen zu können. Ebenfalls wünschenswert ist es auf die Öffnungs- bzw. Schließzeitpunkte der Einlass- bzw. Auslassventile getrennt Einfluss nehmen zu können, um beispielsweise gezielt eine definierte Ventilüberschneidung einstellen zu können. Durch die Einstellung der Öffnungs- bzw. Schließzeitpunkte der Gaswechselventile abhängig vom aktuellen Kennfeldbereich des Motors, beispielsweise von der aktuellen Drehzahl bzw. der aktuellen Last, können der spezifische Treibstoffverbrauch gesenkt, das Abgasverhalten positiv beeinflusst, der Motorwirkungsgrad, das Maximaldrehmoment und die Maximalleistung erhöht werden.
Die beschriebene Variabilität in der Gaswechselventilzeitensteuerung wird durch eine relative Änderung der Phasenlage der Nockenwelle zur Kurbelwelle bewerkstelligt. Dabei steht die Nockenwelle meist über einen Ketten-, Riemen-, Zahnradtrieb oder gleichwirkende Antriebskonzepte in Antriebsverbindung mit der Kurbelwelle. Zwischen dem von der Kurbelwelle angetriebenen Ketten-, Riemen- oder Zahnradtrieb und der Nockenwelle ist ein Nockenwellenversteller angebracht, der das Drehmoment von der Kurbelwelle auf die Nockenwelle überträgt. Dabei ist diese Vorrichtung derart ausgebildet, dass während des Betriebs der Brennkraftmaschine die Phasenlage zwischen Kurbelwelle und Nockenwelle sicher gehalten und, wenn gewünscht, die Nockenwelle in einem gewissen Winkelbereich gegenüber der Kurbelwelle verdreht werden kann.
In Brennkraftmaschinen mit je einer Nockenwelle für die Einlass- und die Auslassventile können diese mit je einem Nockenwellenversteller ausgerüstet wer den. Dadurch können die Öffnungs- und Schließzeiten der Einlass- und Auslassgaswechselventile zeitlich relativ zueinander verschoben und die Ventilzeitüberschneidungen gezielt eingestellt werden.
Der Sitz moderner Nockenwellenversteller befindet sich im allgemeinen am antriebsseitigen Ende der Nockenwelle. Er besteht aus einem kurbelwellenfesten Antriebsrad, einem nockenwellenfesten Abtriebsteil und einem das Drehmoment vom Antriebsrad auf das Abtriebsteil übertragenden Verstellmechanismus. Das Antriebsrad kann als Ketten-, Riemen- oder Zahnrad ausgeführt sein und ist mittels einer Kette, eines Riemens oder eines Zahnradtriebs mit der Kurbelwelle drehfest verbunden. Der Verstellmechanismus kann elektrisch, hydraulisch oder pneumatisch betrieben werden.
Bei den hydraulisch betriebenen Nockenwellenverstellern unterscheidet man sogenannte Axialkolbenversteller und Rotationskolbenversteller.
Bei den Axialkolbenverstellern steht das Antriebsrad mit einem Kolben über eine Schrägverzahnung in Verbindung. Weiterhin steht der Kolben mit dem Abtriebsteil ebenfalls über eine Schrägverzahnung in Verbindung. Der Kolben trennt einen durch das Abtriebsteil und das Antriebsrad gebildeten Hohlraum in zwei axial zueinander angeordnete Druckkammern. Wird nun die eine Druckkammer mit einem Hydraulikmedium, beispielsweise Motoröl, beaufschlagt, während die andere Druckkammer mit einem Ölauslass verbunden wird, so verschiebt sich der Kolben in axialer Richtung. Diese axiale Verschiebung bewirkt mittels der beiden Schrägverzahnungen eine relative Verdrehung des Antriebsrades zum Abtriebsteil und damit der Nockenwelle zur Kurbelwelle.
In einem Rotationskolbenversteller ist das Antriebsrad drehfest mit einem Stator verbunden. Der Stator und das Abtriebsteil sind konzentrisch zueinander angeordnet. Der radiale Zwischenraum zwischen diesen beiden Bauteilen nimmt mindestens eine, in der Regel aber mehrere, in Umfangsrichtung beabstandete Hohlräume auf. Die Hohlräume sind in axialer Richtung durch Seitendeckel druckdicht begrenzt. In jeden dieser Hohlräume erstreckt sich ein mit mit dem Abtriebsteil verbundener Flügel. Dieser Flügel teilt jeden Hohlraum in zwei Druckkammern. Durch gezieltes Verbinden der einzelnen Druckkammern mit einer Hydraulikmittelpumpe bzw. mit einem Hydraulikmittelauslass kann die Phase der Nockenwelle relativ zur Kurbelwelle eingestellt bzw. gehalten werden.
Zur Steuerung des Nockenwellenverstellers erfassen Sensoren die Kenndaten des Motors wie beispielsweise den Lastzustand und die Drehzahl. Diese Daten werden einer elektronischen Kontrolleinheit zugeführt, die nach Vergleich der Daten mit einem Kenndatenfeld der Brennkraftmaschine den Verstellmotor des Nockenwellenverstellers bzw. den Zu- und den Abfluss von Hydraulikmittel zu den verschiedenen Druckkammern steuert.

Eine Vorrichtung zur Veränderung der Steuerzeiten einer Brennkraftmaschine ist beispielsweise aus der JP 03 026 815 A bekannt. In diesem Dokument ist der Steuertrieb eines mit zwei V-förmig zueinander angeordneten Zylinderbänken versehenen Motors beschrieben. Pro Zylinderbank ist der Motor mit jeweils einer Einlass- und einer Auslassnockenwelle versehen. Die Einlassnockenwellen werden über einen Zugmitteltrieb von der Kurbelwelle angetrieben. Am antriebsseitigen Ende der Einlassnockenwellen ist jeweils ein hydraulisch betriebener Nockenwellenversteller angebracht. Jeder Nockenwellenversteller ist mit einem Antriebsrad, um die das Zugmittel gespannt ist und einem nockenwellenfesten Abtriebsteil versehen. An den vom jeweiligen Antrieb abgewandten Stirnseiten der Einlassnockenwellen ist jeweils ein weiteres Antriebsrad für einen weiteren Zugmitteltrieb angebracht, über den die jeweilige Auslassnockenwelle angetrieben wird. Um eine Verstellung der Steuerzeiten zwischen Einlassnockenwelle und Auslassnockenwelle zu ermöglichen ist jede Auslassnockenwelle antriebsseitig mit einem Nockenwellenversteller versehen.

Nachteilig wirkt sich in dieser Ausführungsform aus, dass zum Antrieb der beiden Einlassnockenwellen zwei Nockenwellenversteller benötigt werden, wobei jeder Nockenwellenversteller auf einer der Einlassnockenwellen befestigt ist. Der Einsatz von zwei Nockenwellenverstellern führt zu höheren Kosten, einem höheren Gewicht und zu erhöhtem Montageaufwand des Steuertriebs. Ein weiterer Nachteil besteht darin, dass beim Einsatz von hydraulischen Nockenwellenverstellern zwei Druckmittelversorgungssysteme an der Brennkraftmaschine vorgesehen sein müssen. Dies führt zu einem erhöhten Anpassungsaufwand an den Umgebungskomponenten des Nockenwellenverstellers, wie beispielsweise der Nockenwelle oder des Zylinderkopfes.

Zusammenfassung der Erfindung

Der Erfindung liegt daher die Aufgabe zugrunde, diese geschilderten Nachteile zu vermeiden und somit eine kostengünstige, gewichts- und bauraumoptimierte Vorrichtung zur Veränderung der Steuerzeiten einer Brennkraftmaschine zu schaffen, deren Montageaufwand gering ist. Weiterhin soll dafür Sorge getragen werden, dass nur ein Minimum an Anpassungen der Brennkraftmaschine an diese Vorrichtung nötig ist.

Erfindungsgemäß wird diese Aufgabe dadurch gelöst, dass entweder das Antriebsrad oder das Abtriebsteil auf einem nicht rotierenden Lagerzapfen gelagert ist.

Von der Kurbelwelle wird mittels eines Zugmittel- oder Zahnradtriebs das Antriebsrad eines Nockenwellenverstellers angetrieben. Der Nockenwellenversteller ist zwischen der Kurbelwelle und der/den Nockenwelle/n angeordnet, wobei dieser auf einem nicht rotierenden Lagerzapfen gelagert ist. Das Abtriebsteil des Nockenwellenverstellers wird von dem Antriebsrad über einen hydraulischen Stellantrieb angetrieben. Der hydraulische Stellantrieb besteht im wesentlichen aus mindestens zwei gegeneinander wirkenden Druckkammern, wobei eine Verstellung der Phase zwischen Antriebsrad und Abtriebsteil durch gezieltes Zuleiten von Druckmittel zu einer Druckkammer bei gleichzeitigem Ableiten von Druckmittel aus der anderen Druckkammer erfolgt. Dabei ist sowohl der Einsatz eines Rotationskolben- als auch eines Axialkolbenverstellers denkbar.

Das Abtriebsteil ist pro anzutreibender Nockenwelle mit einem Antriebsmittel versehen. Dabei kann es sich bei dem Antriebsmittel um entweder ein Ketten-, Riemen- oder Zahnrad handeln. Mittels eines Ketten-, Riemen- oder Zahnradtriebs wird jeweils eine Nockenwelle angetrieben.

Im Falle einer Brennkraftmaschine mit zwei V-förmig zueinander angeordneten Zylinderbänken ist in jeder Zylinderbank eine Nockenwelle angeordnet, die sowohl die Einlass- als auch die Auslassventile betätigt. Denkbar sind auch Anordnungen mit mindestens einer Einlass- und mindestens einer Auslassnockenwelle pro Zylinderbank. Es ist vorgesehen, dass im Falle von einer Nockenwelle pro Zylinderbank beide Nockenwellen, und im Falle von mehreren Nockenwellen pro Zylinderbank entweder die Einlass- oder die Auslassnockenwellen vom Abtriebsteil des Nockenwellenverstellers angetrieben werden. Vorteilhafterweise wird für diese Steuertriebsanordnung zum Antrieb der Einlass- oder der Auslassnockenwellen nur ein Nockenwellenversteller benötigt, wodurch das Gesamtrotationsträgheitsmoment deutlich gesenkt werden kann. Neben offensichtlichen Kostenvorteilen resultieren daraus Gewichtsvorteile und eine einfachere Montage. Darüber hinaus wird sichergestellt, dass die angetriebenen Nockenwellen konstant die selbe Drehphase relativ zur Kurbelwelle besitzen, da ungewollt auftretende Druckschwankungen im Druckmittelsystem des Nockenwellenverstellers sich auf beide Nockenwellen gleichartig übertragen. Ein weiterer Vorteil ergibt sich daraus, dass nur noch ein Druckmittelversorgungssystem in die Brennkraftmaschine integriert werden muss.

In einer weiteren vorteilhaften Ausbildung der Erfindung ist vorgesehen, dass das Antriebsrad oder das Abtriebsteil mittels eines Gleitlagers oder eines Wälzlagers auf dem Lagerzapfen gelagert ist. Der Einsatz von Lagermitteln senkt die Reibungsverluste und erhöht damit den Wirkungsgrad der Brennkraftmaschine.

Weiterhin ist vorgesehen, dass der hydraulische Stellantrieb über mindestens eine Druckmittelleitung, die innerhalb des Lagerzapfens angeordnet ist, mit Druckmittel versorgt wird. Vorteilhafterweise kann innerhalb des Lagerzapfens ein Steuerventil zur Versorgung des hydraulischen Stellantriebs mit Druckmittel vorgesehen sein. In einer alternativen Ausführung wird der hydraulische Stellantrieb über zwei Druckmittelleitungen, die innerhalb des Lagerzapfens angeordnet sind, mit Druckmittel versorgt, wobei je eine Druckmittelleitung mit einer Druckkammer des hydraulischen Stellantriebs verbunden ist. Durch eine derartig ausgeführte Druckmittelversorgung durch einen nicht rotierenden Lagerzapfen entfällt die Notwendigkeit, wie bei herkömmlichen Nockenwellenverstellern üblich, das Druckmittel dem Nockenwellenversteller entweder über die Nockenwellenlagerung und die Nockenwelle oder alternativ über komplizierte Druckmittelanschlüsse zuzuleiten.

In einer Konkretisierung der Erfindung ist der Lagerzapfen am Kurbelgehäuse befestigt. Weiterhin ist vorgesehen, dass der Lagerzapfen mittels einer Schraubverbindung oder kraftschlüssig am Kurbelgehäuse befestigt ist. Durch die Anbringung des nicht rotierenden Lagerzapfens am Kurbelgehäuse ist es möglich den Nockenwellenversteller durch ins Kurbelgehäuse eingebrachte Druckmittelleitungen mit Druckmittel zu versorgen.

In einer vorteilhaften Ausführungsform der Erfindung ist vorgesehen, dass der Lagerzapfen mit Mitteln zur Axiallagerung des auf ihm gelagerten Bauteils versehen ist.

Kurze Beschreibung der Zeichnung
Weitere Merkmale der Erfindung ergeben sich aus der nachfolgenden Beschreibung und aus den Zeichnungen, in der Ausführungsbeispiele der Erfindung vereinfacht dargestellt sind. Es zeigen:
1 einen schematischen Aufbau einer erfindungsgemäßen Vorrichtung zur Veränderung der Steuerzeiten einer Brennkraftmaschine,
2 einen Längsschnitt durch einen auf einem nicht rotierenden Lagerzapfen gelagerten Nockenwellenversteller nach der erfindungsgemäßen Vorrichtung aus 1, entlang der Linie II-II in 3,
3 einen Querschnitt durch den Nockenwellenversteller aus 2 entlang der Linie III-III,
4 eine Schematische Darstellung eines Steuerventils, welches die Zuführung von Druckmittel zu dem hydraulischen Nockenwellenversteller regelt.
Ausführliche Beschreibung der Zeichnung
In 1 ist schematisch der Aufbau einer erfindungsgemäßen Vorrichtung 1 zur Veränderung der Steuerzeiten einer Brennkraftmaschine 2 dargestellt. Dabei handelt es sich um eine mit zwei V-förmig angeordneten Zylinderbänken ausgestattete Brennkraftmaschine 2, mit einer Kurbelwelle 3, je einer Einlass- 4 und einer Auslassnockenwelle 4a pro Zylinderbank und einem Nockenwellenversteller 5. Der Nockenwellenversteller 5 ist auf einem nicht rotierenden Lagerzapfen 6 gelagert. Mittels eines ersten Zugmitteltriebs 7, wird ein Antriebsrad 8 des Nockenwellenverstellers 5 von der Kurbelwelle 3 angetrieben. Ein zwischen dem Antriebsrad 8 und einem Abtriebsteil 9 angeordneter Stellantrieb 10 überträgt die Drehung des Antriebsrads 8 auf das Abtriebsteil 9. Der Stellantrieb 10, auf den noch gesondert eingegangen wird, ermöglicht eine begrenzte Relativverdrehung zwischen Antriebsrad 8 und Abtriebsteil 9. Das Abtriebsteil 9 ist auf dem nicht rotierenden Lagerzapfen 6 drehbar gelagert. Ein zweiter und ein dritter Zugmitteltrieb 11, 12 übertragen die Rotation des Abtriebsteil 9 auf die zwei Einlassnockenwellen 4. Jede Einlassnockenwelle 4 steht über einen weiteren Zugmitteltrieb 13, 14 mit der jeweiligen Auslassnockenwelle 4a in Antriebsverbindung. Um die Steuerzeiten zwischen Einlassnockenwelle 4 und Auslassnockenwelle 4a zu verändern, ist vorgesehen jeweils einen weiteren Nockenwellenversteller am antriebsseitigen Ende der Auslassnockenwelle 4a anzubringen.
Neben den Ausführungen der Antriebe als Zugmitteltriebe wie beispielsweise Riemen- oder Kettentriebe können ebenfalls Zahnradtriebe eingesetzt werden. Ebenso ist es denkbar statt der Einlassnockenwellen 4 die Auslassnockenwellen 4a oder, bei nur einer Nockenwelle pro Zylinderbank, beide Nockenwellen über das Abtriebsteil 9 des Nockenwellenverstellers 5 anzutreiben. Ebenso kann die Erfindung in Brennkraftmaschinen 2 eingesetzt werden, in denen mindestens eine Nockenwelle über ein Zwischenelement zwischen der Nockenwelle und der Kurbelwelle 3 angetrieben wird.
Vorteilhaft wirkt sich in dieser Ausführungsform aus, dass zum Antrieb und zur Verstellung der zwei Einlassnockenwellen 4 nur ein Nockenwellenversteller 5 benötigt wird. Dadurch kann neben der Senkung des Gewichts und der Kosten des Gesamtsystems auch der Montageaufwand erheblich verringert werden. Zusätzlich wirkt sich der deutlich erhöhte Umschlingungswinkel der angetriebenen Antriebsräder positiv aus. Dadurch werden die Kräfte auf einzelne Zähne der Antriebsräder und die Gefahr des Überspringens der Kette und des Zahnriemens minimiert.
2 und 3 zeigen beispielhaft den Aufbau eines Nockenwellenverstellers 5, der in der erfindungsgemäßen Vorrichtung 1 zur Veränderung der Steuerzeiten einer Brennkraftmaschine 2 eingesetzt werden kann.
Das Abtriebsteil 9 ist über Lagermittel 15 auf dem nicht rotierenden Lagerzapfen 6 gelagert. In der zumindest teilweise zylindrisch ausgebildete Außenmantelfläche des Abtriebsteils 9 sind mehrere axial verlaufende Axialnuten 16 ausgebildet, in denen sich radial erstreckende Flügel 17 angeordnet sind.
Das hohlzylindrisch ausgeführte Antriebsrad 8 ist konzentrisch zum Abtriebsteil 9 angeordnet. Dabei ist der Innendurchmesser des Antriebsrads 8 im wesentlichen dem Außendurchmesser des Abtriebsteils 9 angepasst. Die Innenmantelfläche des Antriebsrads 8 ist mit mehreren radialen Ausnehmungen 18 versehen. Die Ausnehmungen 18 bilden im Zusammenspiel mit dem Antriebsrad 8, dem Abtriebsteil 9 und zwei axial dazu angeordneten Seitendeckeln 19, 20 Druckräume 21, wobei sich in jeden Druckraum 21 ausgehend vom Abtriebsteil 9 ein Flügel 17 erstreckt. Jeder Flügel 17 unterteilt einen Druckraum 21 in eine erste und eine zweite Druckkammer 22, 23.
Anstatt der Flügel 17, die in den Axialnuten 16 des Antriebsteils angeordnet sind, können geeignet ausgebildet Ausbuchtungen einteilig mit dem Abtriebsteil 9 ausgeformt sein, die in die Druckräume 21 eingreifen und in zwei Druckkammern 22, 23 teilen.
Die Seitendeckel 19, 20 sind mit dem Antriebsrad 8 mittels ersten Befestigungsmitteln 24, beispielsweise Schrauben oder Bolzen, verbunden.
Das Abtriebsteil 9 ist mit Antriebsmitteln 25 versehen. Dabei ist für jede anzutreibende Nockenwelle 4 ein Antriebsmittel 25 vorgesehen. Das Abtriebsteil 9 und die Antriebsmittel 25 können einteilig ausgeführt sein. Weiterhin ist denkbar, dass die Abtriebsmittel 25 separat zum Abtriebsteil 9 ausgeführt und mittels zweiten Befestigungsmitteln 26 mit diesem verbunden sind. Denkbar sind hier kraft-, form- oder stoffschlüssige Verbindungen, wie beispielsweise Schweißverbindungen, Pressverbände, Schraubverbindungen oder der Einsatz von formschlüssigen Mitteln wie z. B. Federnutverbindungen oder Zahnradverbindungen. Sowohl das Antriebsrad 8 als auch die Antriebsmittel 25 können beispielsweise als Ketten-, Riemen- oder Zahnräder ausgeführt sein, die in einem Ketten-, Riemen- oder Zahnradtrieb angeordnet sind.
Jede der ersten Druckkammern 22 kommuniziert über eine erste Druckmittelleitung 27 mit einer in das Abtriebsteil 9 eingebrachten ersten Ringnut 29. Analog kommuniziert jede der zweiten Druckkammern 23 über eine zweite Druckmittelleitung 28 mit einer zweiten in das Abtriebsteil 9 eingebrachten Ringnut 30. Um die Phase zwischen dem Abtriebsteil 9 und dem Antriebsrad 8 zu verstellen werden entweder die ersten oder die zweiten Druckkammern 23, 23 über die jeweilige Ringnut 29, 30 und die jeweilige Druckmittelleitung 27, 28 mit Druckmittel beaufschlagt. Gleichzeitig werden die jeweils anderen Druckkammern 22, 23 über die jeweiligen Druckmittelleitungen 27, 28 und die jeweilige Ringnut 29, 30 mit einem Druckmittelreservoir 31 verbunden. Dadurch vergrößert sich das Volumen derjenigen Druckkammern 22, 23, die mit Druckmittel beaufschlagt werden, während das Druckmittel aus den anderen Druckkammern 22, 23 ins Druckmittelreservoir 31 entweicht und damit deren Volumen verringert wird. Dies hat eine Bewegung der Flügel 17 innerhalb der Druckräume 21 zur Folge, wodurch sich die Phase des Abtriebteils 8 relativ zum Antriebsrad 8 verändert.
Innerhalb einer Axialbohrung 32 des Abtriebsteils 9 ist ein Verriegelungselement 33 angebracht. Bei dem Verriegelungselement 33 handelt es sich um einen federbeaufschlagten Kolben, der bei einer bestimmten Phasenlage des Abtriebsteils 9 relativ zum Antriebsrad 8, die vorzugsweise der Phasenlage des Nockenwellenverstellers 5 beim Start der Brennkraftmaschine 2 entspricht, in eine in den ersten Seitendeckel 19 eingebrachte Kulisse gedrückt wird und damit eine Verdrehung des Abtriebsteils 9 relativ zum Antriebsrad 8 verhindert. Zusätzlich ist ein Federelement 34 vorgesehen, welches sowohl mit dem Antriebsrad 8 als auch mit dem Abtriebsteil 9 verbunden ist. Die Kräfte die das Federelement 34 auf das Abtriebsteil 9 und das Antriebsrad 8 ausübt sind so gerichtet, dass diese Bauteile bei ungenügender Druckmittelbefüllung der Druckkammern 22, 23 in eine Stellung verdreht werden, so dass das Verriegelungselement 33 in die dafür vorgesehene Kulisse in dem ersten Seitendeckel 19 eingreifen kann. Weiterhin sind nicht dargestellte Mittel vorgesehen, die den Verriegelungsmechanismus bei ausreichender Druckmittelbefüllung der Druckkammern 22, 23 lösen.
Das Abtriebsteil 9 ist über Lagermittel 15 auf dem nicht rotierenden Lagerzapfen 6 angeordnet. Die Lagermittel 15 können entweder als Wälz- oder als Gleitlager ausgeführt sein. Der Lagerzapfen 6 ist vorteilhafterweise drehfest an einem Kurbelgehäuse 35 angebracht. Zu diesem Zweck kann das innerhalb des Kurbelgehäuses 35 angeordnete Ende des Lagerzapfens 6 mit einem Schraubgewinde versehen sein und die Verbindung zwischen Lagerzapfen 6 und Kurbelgehäuse 35 als Schraubverbindung hergestellt sein. Ebenso möglich sind allerdings auch andere form- sowie kraft- oder stoffschlüssige Verbindungen, wie Kleb-, Schweiß- oder Pressverbindungen.
Innerhalb des Lagerzapfens 6 sind zwei Druckmittelkanäle 36, 37 ausgebildet. Jeder der Druckmittelkanäle 36, 37 steht über jeweils eine Öffnung 38, 39, über jeweils eine Ringnut 29, 30 und den zugehörigen Druckmittelleitungen 27, 28 entweder mit den ersten Druckkammern 22 oder den zweiten Druckkammern 23 in Verbindung. Druckmittel kann nun beispielsweise mittels einer im Kurbelgehäuse 35 ausgebildeten Ölgalerie 40 über die Druckmittelkanäle 36, 37 in die Druckkammern 22, 23 geleitet werden oder die Druckkammern 22, 23 können über die Druckmittelkanäle 36, 37 entleert werden.
Die Verbindung zwischen der Ölgalerie 40 und den Druckmittelkanälen 36, 37 wird durch Nuten 41 hergestellt, die in das Kurbelgehäuse 35 eingebracht sind. Die Druckmittelkanäle 36, 37 kommunizieren über eine erste und eine zweite radial gerichtete Stichbohrung 42, 43 mit den Nuten 41. Dabei können die erste und zweite Stichbohrung 42, 43 axial zueinander versetzt und die Nuten 41 als Ringnuten ausgeführt sein. Diese Ausführungsform hat den Vorteil, dass bei der Montage des Lagerzapfens 6 keine bestimmte Orientierung eingehalten werden muß. Eine Lösung, in der die Nuten 41 nur teilweise um den Lagerzapfen 6 umlaufen und die axiale Position der Stichbohrungen 42, 43 identisch oder zumindest nahezu identisch ist senkt die benötigte Wandstärke des Kurbelgehäuses 35 an der Verbindungsstelle zum Lagerzapfen 6.
Der Lagerzapfen 6 ist an dessen kurbelgehäuseseitigen Ende mittels eines Pressverbandes mit dem Kurbelgehäuse 35 verbunden. Weiterhin ist der Lagerzapfen 6 mit Mitteln zur axialen Fixierung des Abtriebsteils 9 versehen. In der dargestellten Ausführungsform ist dies durch einen einteilig mit dem Lagerzapfen 6 ausgeführten sich radial erstreckenden Kragen 44 ausgeführt. Diese Mittel können auch als Axialanschlag bei der Herstellung des Pressverbandes zwischen dem Lagerzapfen 6 und dem Kurbelgehäuse 35 genutzt werden.
Am in axialer Richtung vom Kurbelgehäuse 35 abgewandten stirnseitigen Ende des Lagerzapfens 6 ist ein Bauteil 45 vorgesehen, wobei sich dieses Bauteil 45 in radialer Richtung mindestens in den Bereich des Abtriebsteils 9 erstreckt. Das Abtriebsteil 9, und damit der Nockenwellenversteller 5, sind zwischen dem Kragen 44 und dem Bauteil 45 axial fixiert.
Der Lagerzapfen 6 selbst kann zweiteilig ausgeführt sein. In diesem Fall besteht er aus einer Hülse, auf der das Abtriebsteil 9 des Nockenwellenverstellers 5 drehbar gelagert ist. Die Hülse wird kraftschlüssig mit dem Kurbelgehäuse 35 verbunden. Innerhalb der Hülse befindet sich ein Druckmittelverteiler. Der Druckmittelverteiler ist am kurbelgehäuseseitigen Ende mit Befestigungsmitteln versehen, mit denen er mit der Hülse verbunden ist. Dies kann beispielsweise durch eine Schraubverbindung realisiert sein. Der innerhalb der Hülse angeordnete Teil des Druckmittelverteilers ist mit zwei sich axial erstreckenden Ausnehmungen versehen, die die Druckmittelkanäle 36, 37 bilden. An der vom Kurbelgehäuse 35 abgewandten Stirnseite des Druckmittelverteilers ist ein Schraubenkopf ausgebildet, wobei der Schraubenkopf das Abtriebsteil 9 in radialer Richtung überragt und somit die Axiallagerung bildet.
In der in 2 dargestellten Ausführungsform ist der Lagerzapfen 6 einteilig ausgebildet. In diesem Fall ist das kurbelgehäuseseitige Ende des Lagerzapfens 6 wiederum kraftschlüssig mit dem Kurbelgehäuse 35 verbunden. Innerhalb des Lagerzapfens 6 sind zwei Bohrungen angebracht, welche die Druckmittelkanäle 36, 37 bilden. Die Ringnuten 29, 30 sind jeweils über eine Stichbohrung mit einem der Druckmittelkanäle 36, 37 verbunden. An dem vom Kurbelgehäuse 35 abgewandten Stirnende des Lagerzapfens 6 ist eine ringförmige Scheibe 46 angebracht, die das Abtriebsteil 9 des Nockenwellenverstellers 5 in radialer Richtung überragt. Die Scheibe 46 ist mittels geeigneter dritter Befestigungsmittel 47, beispielsweise Schrauben, am Lagerzapfen 6 befestigt und dient als Axiallagerung für den Nockenwellenversteller 5. Die Scheibe 46 verschließt die Druckmittelkanäle 36, 37 in axialer Richtung.
Vorteilhafterwreise ist der Lagerzapfen 6 mit einer axial verlaufenden Bohrung 48 versehen, über die, mittels einer dritten Stichbohrung 49 eine dritte Ringnut 50 mit Motoröl versorgt wird. Die dritte Ringnut 50 ist innerhalb der Lagermittel 15 angebracht und gewährleistet deren ausreichende Versorgung mit Schmiermittel.
Um die Druckkammern 22, 23 mit Druckmittel zu versorgen wird ein Steuerventil 51 verwendet. Die Steuerventile 51 sind in der Regel als 4/3-Proportionalventile ausgeführt und im Stand der Technik ausführlich beschrieben. 4 zeigt eine schematische Darstellung eines derartigen Steuerventils 51. Das Steuerventil 51 besitzt vier Anschlüsse A, B, P, T. Der Anschluss P ist mit einer Druckmittelpumpe 52 verbunden, der Anschluss A mit der ersten Druckkammer 22, der Anschluss B mit der zweiten Druckkammer 23 und der Anschluss T mit dem Druckmittelreservoir 31. Das Steuerventil 51 weist im wesentlichen 3 verschiedene Schaltstellungen auf. In einer ersten Schaltstellung ist der Anschluss A mit der Druckmittelpumpe 52 verbunden, während der Anschluss B mit dem Druckmittelreservoir 31 kommuniziert. Das Volumen der ersten Druckkammer 22 nimmt zu, während das Volumen der zweiten Druckkammer 23 abnimmt. Als Konsequenz findet eine Verdrehung des Abtriebsteils 9 relativ zum Antriebsrad 8 in eine erste Drehrichtung statt. In einer zweiten Schaltstellung sind der Anschluss A und der Anschluss B weder mit der Druckmittelpumpe 52 noch mit dem Druckmittelreservoir 31 verbunden. Es findet als keine Relativverdrehung zwischen Abtriebsteil 9 und Antriebsrad 8 statt. In einer dritten Schaltstellung ist der Anschluss B mit der Druckmittelpumpe 52 verbunden, während der Anschluss A mit dem Druckmittelreservoir 31 kommuniziert. Das Volumen der ersten Druckkammer 22 nimmt ab, während das Volumen der zweiten Druckkammer 23 zunimmt. Als Konsequenz findet eine Verdrehung des Abtriebsteils 9 relativ zum Antriebsrad 8 in eine zweite Drehrichtung statt, wobei diese entgegengesetzt zur ersten Drehrichtung gerichtet ist. Die verschiedenen Schaltstellungen werden durch axiales Verschieben eines Ventilkolbens innerhalb eines Ventilkörpers eingenommen. Dazu wird im allgemeinen ein elektromagnetisch betätigter Linearantrieb 53 verwendet, der gegen die Federkraft einer Feder 54 arbeitet.
Das Steuerventil 51 kann innerhalb des Kurbelgehäuses 35 angeordnet sein. Die Anschlüsse A und B werden dann über Druckmittelleitungen mit den Druckmittelkanälen 36, 37 verbunden.
Ebenso denkbar ist es, das Steuerventil 51 innerhalb des Lagerzapfens 6 an zuordnen. Dem Steuerventil 51 wird in diesem Fall über einen Druckmittelkanal Druckmittel von der Ölgalerie 40 im Kurbelgehäuse zugeführt. Je nach Schaltstellung des Steuerventils 51 wird das Druckmittel auf die Druckkammern 22, 23 verteilt.

1: Vorrichtung
2: Brennkraftmaschine
3: Kurbelwelle
4: Einlassnockenwelle
4a: Auslassnockenwelle
5: Nockenwellenversteller
6: Lagerzapfen
7: erster Zugmitteltrieb
8: Antriebsrad
9: Abtriebsteil
10: Stellantrieb
11: zweiter Zugmitteltrieb
12: dritter Zugmitteltrieb
13: vierter Zugmitteltrieb
14: fünfter Zugmitteltrieb
15: Lagermittel
16: Axialnut
17: Flügel
18: Ausnehmungen
19: erster Seitendeckel
20: zweiter Seitendeckel
21: Druckraum
22: erste Druckkammer
23: zweite Druckkammer
24: erstes Befestigungsmittel
25: Antriebsmittel
26: zweites Befestigungsmittel
27: erste Druckmittelleitung
28: zweite Druckmittelleitung
29: erste Ringnut
30: zweite Ringnut
31: Druckmittelreservoir
32: Axialbohrung
33: Verriegelungselement
34: Federelement
35: Kurbelgehäuse
36: erster Druckmittelkanal
37: zweiter Druckmittelkanal
38: erste Öffnung
39: zweite Öffnung
40: Ölgalerie
41: Nut
42: erste Stichbohrung
43: zweite Stichbohrung
44: Kragen
45: Bauteil
46: Scheibe
47: drittes Befestigungsmittel
48: Bohrung
49: dritte Stichbohrung
50: dritte Ringnut
51: Steuerventil
52: Druckmittelpumpe
53: Linearantrieb
54: Feder
A: Anschluss
B: Anschluss
P: Anschluss
T: Anschluss

Claims

Vorrichtung (1) zur Veränderung der Steuerzeiten einer Brennkraftmaschine (2) mit einem Nockenwellenversteller (5) mit – einem von der Kurbelwelle (3) angetriebenen Antriebsrad (8) und – einem mindestens eine Nockenwelle (4) antreibenden Abtriebsteil (9), – das von dem Antriebsrad (8) über einen hydraulischen Stellantrieb (10) angetrieben wird, – wobei der Stellantrieb (10) mit mindestens einem Paar gegeneinander arbeitender hydraulischer Druckkammern (22, 23) ausgebildet ist und – wobei über den Stellantrieb (10) die Phasenlage zwischen der Kurbelwelle (3) und der mindestens einen Nockenwelle (4) verändert werden kann, dadurch gekennzeichnet, dass – entweder das Antriebsrad (8) oder das Abtriebsteil (9) auf einem nicht rotierenden Lagerzapfen (6) gelagert ist.
Vorrichtung (1) nach Anspruch 1, dadurch gekennzeichnet, dass das Antriebsrad (8) oder das Abtriebsteil (9) mittels eines Gleitlagers auf dem Lagerzapfen (6) gelagert ist.
Vorrichtung (1) nach Anspruch 1, dadurch gekennzeichnet, dass das Antriebsrad (8) oder das Abtriebsteil (9) mittels eines Wälzlagers auf dem Lagerzapfen (6) gelagert ist.
Vorrichtung (1) nach Anspruch 1, dadurch gekennzeichnet, dass der hydraulische Stellantrieb (10) über mindestens einen Druckmittelkanal 36, 37, der innerhalb des Lagerzapfens (6) angeordnet ist, mit Druckmittel versorgt wird.
Vorrichtung (1) nach Anspruch 5, dadurch gekennzeichnet, dass innerhalb des Lagerzapfens (6) ein Steuerventil (51) zur Versorgung des hydraulischen Stellantriebs (10) mit Druckmittel vorgesehen ist.
Vorrichtung (1) nach Anspruch 1, dadurch gekennzeichnet, dass der hydraulische Stellantrieb (10) über zwei Druckmittelkanäle 36, 37, die innerhalb des Lagerzapfens (6) angeordnet sind, mit Druckmittel versorgt wird, wobei je ein Druckmittelkanal 36, 37 mit einer Druckkammer (22, 23) des hydraulischen Stellantriebs (10) verbunden ist.
Vorrichtung (1) nach Anspruch 1, dadurch gekennzeichnet, dass der Lagerzapfen (6) am Kurbelgehäuse (35) befestigt ist.
Vorrichtung (1) nach Anspruch 1, dadurch gekennzeichnet, dass der Lagerzapfen (6) mittels einer Schraubverbindung am Kurbelgehäuse (35) befestigt ist.
Vorrichtung (1) nach Anspruch 1, dadurch gekennzeichnet, dass der Lagerzapfen (6) kraftschlüssig am Kurbelgehäuse (35) befestigt ist.
Vorrichtung (1) nach Anspruch 1, dadurch gekennzeichnet, dass der Lagerzapfen (6) mit Mitteln zur Axiallagerung des auf ihm gelagerten Bauteils versehen ist.