DE19916675A1

DE19916675A1 - Vorrichtung zur relativen Winkelverstellung einer Nockenwelle

Info

Publication number: DE19916675A1
Application number: DE19916675A
Authority: DE
Inventors: Wolfgang Speier; Anton Huber
Original assignee: DaimlerChrysler AG
Current assignee: Mercedes Benz Group AG
Priority date: 1999-04-14
Filing date: 1999-04-14
Publication date: 2000-11-30
Anticipated expiration: 2019-04-15
Also published as: DE19916675B4; DE50005967D1; WO2000061920A1; US6336433B1; EP1088154A1; JP2002541380A; EP1088154B1

Abstract

Eine Vorrichtung zur relativen Winkelverstellung einer Nockenwelle, insbesondere einer zur Betätigung von Auslaßventilen vorgesehenen Nockenwelle, gegenüber der diese antreibenden Kurbelwelle weist folgende Merkmale auf: Ein von der Kurbelwelle angetriebenes Antriebselement, ein gegenüber dem Antriebselement verstellbares Abtriebselement, welches zum Antrieb der Nockenwelle vorgesehen ist, und einer Steuereinrichtung zur Verstellung des Antriebselements gegenüber dem Abtriebselement. Das Abtriebselement ist wenigstens annähernd konzentrisch zu dem Antriebselement angeordnet. Zwischen dem Antriebselement und dem Abtriebselement ist wenigstens ein Federelement zum Halten des Abtriebselements in einer Grundstellung angeordnet.

Description

Die Erfindung betrifft eine Vorrichtung zur relativen Winkelverstellung einer Nockenwelle nach der im Ober begriff von Anspruch 1 näher definierten Art.

Aus der EP 08 21 138 A1 ist eine gattungsgemäße Vor richtung bekannt. Es handelt sich hierbei um einen sogenannten Flügelversteller, welcher ein Flügelrad und ein das Flügelrad umgebendes Gehäuserad aufweist. Das Gehäuserad ist hierbei mit der Kurbelwelle verbun den, wohingegen das Flügelrad eine Verbindung mit der Nockenwelle herstellt. Solche Flügelversteller weisen eine relativ geringe Baulänge auf und sind in der La ge, über eine zugehörige Zentralschraube und einen entsprechenden Steuerkolben innerhalb sehr kurzer Zeit das Flügelrad gegenüber dem Gehäuserad und somit die Nockenwelle gegenüber der Kurbelwelle zu verstellen, wodurch die Ventilsteuerzeiten verändert werden. Es ist hierbei möglich, solche Vorrichtungen mit dem Schmieröl der Brennkraftmaschine zu betreiben.

Ein ähnlicher Flügelversteller ist auch in der EP 08 01 212 A1 beschrieben.

Diese bekannten Vorrichtungen sind zur Verstellung von zur Betätigung von Einlaßventilen vorgesehenen Nocken wellen relativ gut geeignet. Wenn sie allerdings zur Verstellung von zur Betätigung von Auslaßventilen vor gesehenen Nockenwellen verwendet werden sollen, tritt das Problem auf, daß das Flügelrad, also das Abtriebselement, aufgrund auftretender Momente in Fol ge von Reibung ständig bestrebt ist, seine Grundstel lung bzw. Verriegelungsstellung zu verlassen. Zwar kann die gewünschte Stellung und somit auch die Grund stellung des Abtriebselementes mit Hilfe des Öldrucks sehr genau eingestellt werden, es ist jedoch vor allem beim Start der Brennkraftmaschine meist nur ein sehr geringer Öldruck vorhanden, so daß das Abtriebselement in dieser Zeit frei beweglich ist und bei dieser Bewe gung sehr starke Geräusche erzeugt. Wenn das Abtriebs element beim Start der Brennkraftmaschine nicht in seiner Grundstellung ist, ergibt sich das weitere Pro blem, daß hierdurch die Ventilsteuerzeiten der Auslaß ventile verstellt und der Brennkraftmaschine ein nicht mehr zündfähiges Gemisch zugeführt werden würde.

Zum allgemeinen Stand der Technik bezüglich Vorrich tungen zur relativen Winkelverstellung von Nockenwel len wird des weiteren auf die DE 39 07 077 C2, die DE 41 08 111 A1, die DE 44 02 586 A1, die DE 196 30 403 A1 und die DE 196 54 926 A1 verwiesen.

Es ist Aufgabe der vorliegenden Erfindung, eine Vor richtung zur relativen Winkelverstellung einer Nocken welle gegenüber der diese antreibenden Kurbelwelle zu schaffen, welche eine sehr schnelle, exakte und zuver lässige Verstellung der Nockenwelle ermöglicht und welche darüber hinaus auch für die Nockenwelle zur Betätigung von Auslaßventilen eingesetzt werden kann, ohne daß hierbei die oben genannten Probleme bekannter Vorrichtungen auftreten können.

Erfindungsgemäß wird diese Aufgabe durch die in kenn zeichnenden Teil von Anspruch 1 genannten Merkmale gelöst.

Durch das zwischen dem Antriebselement und dem Ab triebselement angeordnete Federelement wird das Ab triebselement mittels der Kraft der Feder in einer Grundstellung gehalten und kann sich somit auch ohne anliegenden Öldruck nicht bewegen. Hierdurch ist si chergestellt, daß beim Starten der Brennkraftmaschine keine Geräusche mehr auftreten und die erwünschten Ventilsteuerzeiten auch für das Auslaßventil einge stellt sind. Dies gilt in vorteilhafter Art und Weise auch bei einem eventuellen Ausfall der Steuerelektro nik der Brennkraftmaschine.

Ein weiterer Vorteil der erfindungsgemäßen Lösung ist, daß diese nur einen sehr geringen Platzbedarf notwen dig macht und die Vorrichtung dadurch nicht vergrößert wird.

Vorteilhafte Ausgestaltungen und Weiterbildungen der Erfindung ergeben sich aus den Unteransprüchen und aus dem nachfolgend anhand der Zeichnung prinzipmäßig dar gestellten Ausführungsbeispiel.

Es zeigt:

Fig. 1 eine erfindungsgemäße Vorrichtung im Schnitt nach der Linie I-I aus Fig. 2; und

Fig. 2 die erfindungsgemäße Vorrichtung im Schnitt nach der Linie II-II aus Fig. 1.

Fig. 1 zeigt eine Vorrichtung 1 zur relativen Winkel verstellung einer nicht dargestellten Nockenwelle ge genüber der diese antreibenden Kurbelwelle, welche ebenfalls nicht dargestellt ist. Im vorliegenden Fall ist die Nockenwelle zur Betätigung von ebenfalls nicht dargestellten Auslaßventilen einer in bekannter Weise arbeitenden Brennkraftmaschine vorgesehen, die Vor richtung 1 ist jedoch in der nachfolgend beschriebenen Form auch für den Einsatz bei einer Einlaßnockenwelle verwendbar.

Die Vorrichtung 1 weist ein Antriebselement 2 auf, welches in diesem Fall als sogenanntes Gehäuserad 2 ausgebildet ist. Zur Verbindung mit der Kurbelwelle ist das Gehäuserad 2 an seinem Umfang mit einer ein teilig mit dem Gehäuserad 2 ausgebildeten, doppelt ausgeführten Verzahnung 3 für eine nicht dargestellte Kette versehen. Im Inneren des hohlen Gehäuserades 2 befindet sich ein Flügelrad 4, welches das Abtriebs element bildet und mit der Nockenwelle in nicht darge stellter, jedoch an sich bekannter Art und Weise ver bunden ist.

Das Gehäuserad 2 weist vier nach innen ragende Vor sprünge 5 auf, wobei in anderen Ausführungsformen auch eine andere Anzahl von Vorsprüngen 5 denkbar wäre. Das Flügelrad 4 ist mit vier nach außen ragenden Flügeln 6 versehen, welche sich jeweils in zwischen den einzel nen Vorsprüngen 5 gebildeten Aussparungen bzw. Hohl räumen 7 des Gehäuserades 2 befinden. Hierbei füllen die Flügel 6 die Aussparungen 7 jedoch nicht aus. Das Flügelrad 4 kann somit eine geringfügige Drehung in nerhalb des Gehäuserades 2 ausführen, welche der Dif ferenz zwischen der Länge der Aussparungen 7 und der Länge der Flügel 6, jeweils in Umfangsrichtung be trachtet, entspricht.

Um ein Anliegen der Flügel 6 an den Vorsprüngen 5 zu erreichen, ist zwischen den Vorsprüngen 5 und den Flü geln 6 jeweils ein Federelement 8 angeordnet. Die Fe derelemente 8 drücken die Flügel 6 an den Rand der Vorsprünge 5 und halten somit das Flügelrad 4 in sei ner Grundstellung, in welcher die Nockenwelle "normale" Ventilsteuerzeiten realisiert. Durch Momen te, welche infolge von Reibung auftreten, ist die Nocken welle und somit das Flügelrad 4 nämlich stets be strebt, sich von den Vorsprüngen 5 weg zu bewegen, was eine Verstellung der Ventilsteuerzeit in Richtung ei nes späten Öffnens der Auslaßventile zur Folge hätte. Insbesondere in der Startphase der Brennkraftmaschine ist es jedoch unerläßlich, daß sich das Flügelrad 4 in seiner Grundstellung befindet.

Eine sichere Führung der Federelemente 8 wird dadurch gewährleistet, daß sich in den Vorsprüngen 5 taschen artige Ausnehmungen 9 befinden, in welche jeweils die Federelemente 8 eingeführt sind. Zur Aufnahme der Fe derelemente 8 weisen auch die Flügel 6 taschenartige Ausnehmungen 10 auf. Die Federelemente 8, welche in diesem Fall als Druckfedern ausgebildet sind, befinden sich somit in den Hohlräumen 7 zwischen den Vorsprün gen 5 und den Flügeln 6. Die Ausnehmungen 10 weisen in diesem Fall eine geringere Tiefe auf als die Ausneh mungen 9.

Um unterschiedliche Rückstellkräfte bzw. Rückstellmo mente für das Flügelrad 4 realisieren zu können, kann in nicht dargestellter Art und Weise auch eine gerin gere oder größere Anzahl an Federelementen 8 vorgese hen sein. Hierzu ist es einerseits möglich, in einzel ne der bestehenden Hohlräume 7 keine Federelemente 8 einzusetzen oder eine andere Anzahl von Vorsprüngen 5 des Gehäuserades 2 und der zugehörigen Flügel 6 des Flügelrades 4 vorzusehen. Dies stellt eine sehr einfa che und kostengünstige Anpassung an verschiedene Rück stellmomente verschiedener Brennkraftmaschinen dar, an welchen die Vorrichtung 1 eingesetzt werden kann. Al ternativ ist es auch möglich, Federelemente 8 mit ei ner anderen Federkennlinie einzusetzen.

Wie in Fig. 2 besser erkennbar ist, sind die taschen artigen Ausnehmungen 9 der Vorsprünge 5 in axialer Richtung geöffnet, um eine einfachere Fertigung der Ausnehmungen 9 und eine einfachere Montage der Feder elemente 8 zu ermöglichen. Auf diese Art und Weise ist nämlich ein kostengünstiges Sintern des Gehäuserades 2 möglich. Auch die taschenartigen Ausnehmungen 10 kön nen in axialer Richtung geöffnet sein, wodurch sich die Möglichkeit ergibt, das Flügelrad 4 ebenfalls durch Sintern herzustellen. Selbstverständlich ist auch die Herstellung der Ausnehmungen 10 in dem Flü gelrad 4 durch Bohren möglich. In diesem Fall würde es sich dann um geschlossene Ausnehmungen 10 handeln.

Aus Fig. 2 geht des weiteren hervor, daß an dem Gehäu serad 2 und an dem Flügelrad 4 eine Verriegelungsein richtung 11 vorgesehen ist, durch welche das Flügelrad 4 in seiner Grundstellung verriegelt werden kann. Da die Verriegelungseinrichtung 11 von an sich bekannter Bauart ist, wird im folgenden nicht näher auf dieselbe eingegangen.

Innerhalb des Flügelrades 4 ist in ebenfalls an sich bekannter Weise eine sogenannte Zentralschraube 12 angeordnet. Innerhalb der Zentralschraube 12 befindet sich ein Steuerkolben 13 von ebenfalls bekannter Bau art. Die Zentralschraube 12 und der Steuerkolben 13 bilden gemeinsam ein 4/2-Proportionalventil als Steu ereinrichtung. Durch Verstellung des Steuerkolbens 13 in der Zentralschraube 12 in axialer Richtung werden verschiedene Ringkanäle 14, welche sich in dem Flügel rad 4 befinden, freigegeben und durch Einführöffnungen 15 in das Flügelrad 4 bzw. in die Zentralschraube 12 eintretendes Öl bewirkt die Verstellung des Flügelra des 4 gegenüber dem Gehäuserad 2 in an sich bekannter Weise. Zum Betrieb der Vorrichtung 1 kann das vorhan dene Öl der Brennkraftmaschine verwendet werden, d. h. die Vorrichtung 1 kann in den Ölkreislauf der Brenn kraftmaschine eingebunden sein.

Die genaue Art und Weise der Verstellung des Flügelra des 4 ist wiederum in Fig. 1 besser erkennbar. So sind in dem Flügelrad 4 Bohrungen 16 vorgesehen, welche im Bereich zwischen den Flügeln 6 und den Vorsprüngen 5 in die Hohlräume 7 münden. Wenn Öl aus den Ringkanälen 14 in die Bohrungen 16 geleitet wird, bewegt sich das Flügelrad 4 durch den Öldruck in Richtung seiner Grundstellung, also der Anlage der Flügel 6 an den Vorsprüngen 5. In der Grundstellung kann das Flügelrad 4 durch die Verriegelungseinrichtung 11 verriegelt werden, z. B. wenn die Brennkraftmaschine abgestellt wird. Das Öffnen der Verriegelungseinrichtung 11 kann wiederum durch Öldruck nach dem Starten der Brenn kraftmaschine erfolgen. Wie oben beschrieben wird durch die Federelemente 8 das Flügelrad 4 auch dann in die Grundstellung gebracht, wenn kein Öldruck ansteht.

In dem Flügelrad 4 befinden sich weitere Bohrungen 17, welche gestrichelt dargestellt sind und direkt hinter derjenigen Kante aus dem Flügelrad 4 austreten, an welcher die Flügel 6 an den Vorsprüngen 5 anliegen. Wird Öl durch die Bohrungen 17 geleitet, so bewegt sich das Flügelrad 4 gegen die Kraft der Federelemente 8 in eine andere Position, wodurch die Nockenwelle entsprechend verdreht und eine andere Ventilsteuerzeit eingestellt wird.

Die Verstellung des Flügelrades 4 erfolgt so lange, bis von einem nicht dargestellten Sensor die korrekt eingestellte Ventilsteuerzeit festgestellt wird. Dar aufhin werden die entsprechenden Ringkanäle 14 und damit die Bohrungen 16 und 17 verschlossen. In den Hohlräumen 7 eingeschlossenes Medium hält das Flügel rad 4 in der eingestellten Stellung. Es handelt sich hierbei um eine kontinuierliche Verstellung mit, wie oben angegeben, integriertem 4/2-Proportionalventil. Es wäre alternativ auch eine Ausführungsform ohne in tegriertes sondern mit einem externen Ventil möglich.

Die Vorrichtung 1 weist in axialer Richtung an beiden Seiten Deckel 18 und 19 auf, welche durch Schrauben 20 miteinander verbunden sind. Die Deckel 18 und 19 be grenzen hierbei denjenigen Raum, in welchem ein Öl druck aufgebracht werden kann.

Claims

1. Vorrichtung zur relativen Winkelverstellung einer Nockenwelle, insbesondere einer zur Betätigung von Auslaßventilen vorgesehenen Nockenwelle, ge genüber der diese antreibenden Kurbelwelle mit folgenden Merkmalen:

1. 1.1 einem von der Kurbelwelle angetriebenen An triebselement,
2. 1.2 einem gegenüber dem Antriebselement ver stellbaren Abtriebselement, welches zum An trieb der Nockenwelle vorgesehen ist,
3. 1.3 einer Steuereinrichtung zur Verstellung des Antriebselements gegenüber dem Abtriebsele ment,
4. 1.4 das Abtriebselement ist wenigstens annähernd konzentrisch zu dem Antriebselement angeord net,

dadurch gekennzeichnet, daß

1. 1.5 zwischen dem Antriebselement (2) und dem Ab triebselement (4) wenigstens ein Federele ment (8) zum Halten des Abtriebselements (4) in einer Grundstellung angeordnet ist.

2. Vorrichtung nach Anspruch 1, dadurch gekennzeichnet, daß das Abtriebselement als Flügelrad (4) mit wenig stens einem Flügel (6) ausgebildet ist, welches innerhalb des hohlen und als Gehäuserad (2) aus gebildeten Antriebselements angeordnet ist.

3. Vorrichtung nach Anspruch 2, dadurch gekennzeichnet, daß das Gehäuserad (2) wenigstens einen nach innen ragenden Vorsprung (5) aufweist, an welchem der wenigstens eine Flügel (6) des Flügelrades (4) in der Grundstellung des Flügelrades (4) anliegt.

4. Vorrichtung nach Anspruch 3, dadurch gekennzeichnet, daß zwischen dem wenigstens einen Flügel (6) und dem wenigstens einen Vorsprung (5) das wenigstens ei ne Federelement (8) angeordnet ist.

5. Vorrichtung nach Anspruch 4, dadurch gekennzeichnet, daß zwischen dem wenigstens einen Flügel (6) und dem wenigstens einen Vorsprung (5) ein Hohlraum (7) ausgebildet ist, in welchem das wenigstens eine Federelement (8) angeordnet ist.

6. Vorrichtung nach einem der Ansprüche 3, 4 oder 5, dadurch gekennzeichnet, daß der wenigstens eine Vorsprung (5) des Gehäusera des (2) eine taschenartige Ausnehmung (9) auf weist.

7. Vorrichtung nach einem der Ansprüche 2 bis 6, dadurch gekennzeichnet, daß der wenigstens eine Flügel (6) des Flügelrades (4) eine taschenartige Ausnehmung (10) aufweist.

8. Vorrichtung nach Anspruch 6 oder 7, dadurch gekennzeichnet, daß das Federelement (8) in wenigstens einer der ta schenartigen Ausnehmungen (9, 10) des wenigstens einen Vorsprungs (5) und/oder des wenigstens ei nen Flügels (6) angeordnet ist.

9. Vorrichtung nach einem der Ansprüche 1 bis 8, dadurch gekennzeichnet, daß das Federelement (8) als Druckfeder ausgebildet ist.

10. Vorrichtung nach einem der Ansprüche 6 bis 9, dadurch gekennzeichnet, daß die taschenartige Ausnehmung (9) des wenigstens einen Vorsprungs (5) in axialer Richtung geöffnet ist.

11. Vorrichtung nach einem der Ansprüche 7 bis 10, dadurch gekennzeichnet, daß die taschenartige Ausnehmung (10) des wenigstens einen Flügels (6) in axialer Richtung geöffnet ist.

12. Vorrichtung nach einem der Ansprüche 7 bis 10, dadurch gekennzeichnet, daß die taschenartige Ausnehmung (10) des wenigstens einen Flügels (6) in axialer Richtung geschlossen ist.

13. Vorrichtung nach einem der Ansprüche 3 bis 12, dadurch gekennzeichnet, daß das Flügelrad (4) mehrere Flügel (6) aufweist, welche in der Grundstellung des Flügelrades (4) an einer entsprechenden Anzahl von Vorsprüngen (5) des Gehäuserades (2) anliegen, wobei je nach erforderlicher Rückstellkraft eine entsprechende Anzahl von Federelementen (8) zwischen den Vor sprüngen (5) und den Flügeln (6) vorgesehen sind.