DE19944535C1 - Nockenwellenversteller für Brennkraftmaschinen - Google Patents

Abstract

Für einen Nockenwellenversteller von Brennkraftmaschinen wird eine Ausbildung des Steuerschiebers vorgeschlagen, die Stellkräfte auf den Steuerschieber durch das über den Steuerschieber laufende Arbeitsmedium verhindert.

Description

Die Erfindung betrifft einen Nockenwellenversteller für Brenn­ kraftmaschinen gemäß dem Anspruch 1.

Aus der DE 196 54 926 A1 ist ein im Antrieb einer Nockenwelle von der Kurbelwelle einer Brennkraftmaschine liegender Nocken­ wellenversteller bekannt, der koaxial zur Nockenwelle angeord­ net ist und der mit der Nockenwelle über eine zentrale Spann­ schraube verbunden ist, die ihrerseits als Ventilgehäuse einen axial verschiebbaren Steuerschieber aufnimmt, über den die Ver­ sorgungsanschlüsse des Nockenwellenverstellers stellungsabhän­ gig mit den verstellerseitigen Anschlüssen als Verbraucheran­ schlüssen zu verbinden sind. Der Verbindungsweg läuft über ei­ nen umfangsseitig am Steuerschieber vorgesehenen Ringraum, der über zwei Ringstege begrenzt ist und der je nach Axialstellung des Steuerschiebers mit dem druckseiten oder dem rücklaufseiti­ gen Versorgungsanschluss verbunden ist. Der Rücklauf führt über einen gegen den Ringraum axial versetzten, über einen Ringsteg ab­ gegrenzten Ringkanal, der seinerseits auf eine zentrale Rück­ laufbohrung des Steuerschiebers ausmündet, die auf einen in Richtung auf die Nockenwelle an die Aufnahmebohrung für den Steuerschieber anschließenden, durch eine Stirnseite des Steu­ erschiebers volumenverhinderlich begrenzten, eine Rückstellfe­ der für den Steuerschieber aufnehmenden Raum des Ventilgehäuses ausmündet. Der in die Nockenwelle eingeschraubte Gewindeteil der Spannschraube ist axial von einer Rücklaufbohrung durch­ setzt, die über eine Querbohrung in der Nockenwelle auf einen Ölsammelraum ausmündet, der hier durch den Ölsumpf der Brenn­ kraftmaschine gebildet ist, mit dem der den Nockenwellenver­ steller aufnehmende Kettenkasten der Brennkraftmaschine verbun­ den ist.

Derartige Nockenwellenversteller sollen bei möglichst geringen Stellkräften hohe Verstellgeschwindigkeiten und eine exakte Po­ sitionierung ermöglichen, und dies bei möglichst geringem Raum­ bedarf, insbesondere auch möglichst kurzer Baulänge. Wesentlich sind diese Faktoren auch durch die Leitungswege bestimmt, wobei rücklaufseitig auch der dem Ablauf auf den Ölsammelbehälter vorgelagerte Leitungsbereich kritisch ist, da über einen etwai­ gen Rückstau die Ansprechzeit verändert werden kann und uner­ wünschte Schwingungen auftreten können.

Den angesprochenen Problemen kommt erhöhte Bedeutung zu, wenn der Nockenwellenversteller, wie dies bereits vorgeschlagen wur­ de (DE 198 17 319 A1) bezüglich seines druckbeaufschlagten Stellgliedes nicht einseitig druckbeaufschlagt arbeitet, son­ dern zweiseitig druckbeaufschlagt und dementsprechend steuer­ seitig nicht mit einem 3/2-Wege, sondern mit einem 4/2-Wege- Ventil gearbeitet werden muss.

Bezogen auf einen solchen, mit einem 4/2-Wege-Ventil arbeiten­ den Nockenwellenversteller zeigt der Anspruch 1 im Hinblick auf die angesprochenen Probleme einen Lösungsweg auf, bei dem, unabhängig von der Stellrichtung des Steuerschiebers, Rück­ wirkungen des über den Steuerschieber laufenden Arbeitsmediums auf das Verhalten des Steuerschiebers nahezu völlig vermieden sind und zudem auch ein vereinfachter Verlauf der Versorgungs­ leitungswege erreicht wird, und dies bei vereinfachtem kon­ struktivem Aufbau.

Die erfindungsgemäße Lösung ermöglicht es darüber hinaus auch, die ventilseitige Verbindung an den druckseitigen Versorgungs­ anschluss in vorteilhafter Weise in das Ventil zu integrieren, so dass diesbezüglich keine zusätzlichen Eingriffe in die Noc­ kenwelle bzw. die Lagerung der Nockenwelle im Nockenwellenlager erforderlich sind.

Weitere Einzelheiten und Merkmale der Erfindung ergeben sich aus den Ansprüchen. Ferner wird die Erfindung nachstehend an­ hand eines Ausführungsbeispieles näher erläutert, das in

Fig. 1 einen Längsschnitt durch einen mit der Nockenwelle einer nicht dargestellten Brennkraftmaschine verbun­ denen Nockenwellenversteller zeigt, der als an sich bekannter und hier nur angedeuteter Drehsteller aus­ gebildet ist, und in

Fig. 2 eine Ausschnittsvergrößerung des zentralen Bereiches von Fig. 1.

Mit 1 ist die Nockenwelle bezeichnet, die im Gehäuse einer nicht weiter dargestellten Brennkraftmaschine bzw. in deren Zy­ linderkopf gelagert ist, wobei in der Figur das einer Stirnwand 2 des Gehäuses bzw. des Zylinderkopfes zugeordnete Lager teil­ weise dargestellt und mit 3 bezeichnet ist. Die Nockenwelle 1 ist mit einer zentralen Ölbohrung 4 versehen und trägt in ihrem über die Stirnwand 2 hinausragenden Endbereich einen Befesti­ gungsflansch 5, gegen den der hier nur ausschnittsweise darge­ stellte Nockenwellenversteller 6 verspannt und zentriert ist.

In der Darstellung geht die Nockenwelle 1 einstückig in den Be­ festigungsflansch über. Im Rahmen der Erfindung ist es aber selbstverständlich auch möglich, dass der Befestigungsflansch 5 Teil eines Endstückes einer Nockenwelle 1 ist, die als gebaute Nockenwelle sich in einem Nockenwellenrohr fortsetzt, das die Nocken in entsprechender Zuordnung trägt.

Vom Nockenwellenversteller 6 ist hier nur der Innenkörper 7 dargestellt, der radial nach aussen ragende Flügel 8 aufweist und dem ein nicht gezeigter Aussenkörper mit radial nach innen ragenden Flügeln zugeordnet ist, die in Überdeckung zu den Flü­ geln des Innenkörpers 7 liegen und in Verbindung mit den Sei­ tenwänden 9 und 10 Arbeitskammern gegeneinander abgrenzen, wel­ che durch entsprechende Druckbeaufschlagung wechselseitig in ihrem Volumen veränderlich sind und dadurch Innenkörper und Au­ ssenkörper gegeneinander verdrehen.

Mit dem nicht dargestellten Aussenkörper des Nockenwellenver­ stellers 6 ist die Kurbelwelle der nicht weiter dargestellten Brennkraftmaschine drehfest, beispielsweise durch einen Ketten­ trieb verbunden, so dass durch die in Abhängigkeit von der ge­ wünschten Verstellrichtung erfolgende Druckbeaufschlagung der Arbeitskammern und die entsprechende Verdrehung des Innenkör­ pers 7 gegenüber dem Aussenkörper die Phasenlage der Nockenwel­ le 1 gegenüber der Kurbelwelle verändert werden kann.

Der Innenkörper 7 ist gegen den Flansch 5 der Nockenwelle 1 über eine Spannschraube 11 zentriert und axial verspannt. Die Spannschraube 11 weist hierzu kopfseitig einen Spannbund 12 auf, der den Innenkörper 7 im radial inneren Bereich übergreift und an den radial nach aussen die Seitenwand 9 anschliesst. Weiter durchsetzt die Spannschraube 11 mit ihrem Schaft 13 zen­ tral den Innenkörper 7, so dass dieser über den Schaft 13 zen­ triert ist. Mit dem vom Spannbund 12 abgelegenen Endbereich greift der Schaft 13 passend in eine zentrische Aufnahme 14 im Befestigungsflansch 5 ein. Die Spannschraube 11 greift in Rich­ tung auf die Ölbohrung 4 der Nockenwelle 1 in einen als Gewin­ debuchse 15 gestalteten Abschnitt der Nockenwelle 1 ein, gegen den die Spannschraube 11 über ihren in Verlängerung des Schaf­ tes 13 liegenden Gewindehals 16 verschraubt ist, dessen Aussen­ durchmesser gegenüber dem des Schaftes 13 verringert ist. Der in den als Gewindebuchse 15 gestalteten Endbereich der Nocken­ welle 1 eingeschraubte Gewindehals 16 bildet einen stirnseiti­ gen Abschluss der Ölbohrung 4 der Nockenwelle 1 und ist eben­ falls zur Nockenwelle 1 konzentrisch.

Die Spannschraube 11 ist über ihren Schaft 13 und den diesem in Bezug auf den Spannbund 12 vorgelagerten Kopfbereich 17 hohl ausgebildet und bildet eine zylindrisches Gehäuse 18, das ge­ genüberliegend zum Kopfbereich 17 durch einen im Übergang vom Schaft 13 in den Gewindehals 16 liegenden Boden 19 stirnseitig geschlossen ist. Das Gehäuse 18 nimmt einen Steuerschieber 20 auf, der mit axial zueinander beabstandeten Ringstegen 21 bis 24 versehen ist, deren Aussendurchmesser den Innendurchmesser des zylindrischen Gehäuses 18 entspricht. Zwischen aufeinander folgenden Ringstegen liegen jeweils im Durchmesser zurückgenom­ mene Bereiche des Steuerschiebers 20, wobei die Ringstege 21 und 22 axial einen Ringkanal 25, die Ringstege 22 und 23 einen Ringraum 26 und die Ringstege 23 und 24 einen Ringkanal 27 be­ grenzen.

Die Ringkanäle 25 und 27 stehen über radiale Bohrungen 28, 29 mit einer Rücklaufbohrung 30 in Verbindung, die ausgehend vom rückwärtigen, dem Kopfbereich 17 der Spannschraube 11 gegen­ überliegenden Ende des Steuerschiebers 20 in einem Zapfenbe­ reich 31 des Steuerschiebers 20 endet, der über den Kopfbereich 17 der Spannschraube 11 hinaus ragt und in seinem Endbereich den Anker 32 eines als Stellantrieb vorgesehenen Magnetstellers trägt, dessen Spulenkörper in nicht weiter dargestellter Weise gegenüber der Abdeckung des Kettenkastens, auf den Anker 32 zentriert ausgerichtet, befestigt ist, wobei der nicht darge­ stellte Kettenkasten den Nockenwellenversteller 6 und dessen Antrieb zur Kurbelwelle aufnimmt.

Die Rücklaufbohrung 30 ist am mit dem Ringsteg 24 auslaufenden Ende des Steuerschiebers 20 geschlossen, wobei der vorgesehene Abschluss symbolisch durch eine in die Rücklaufbohrung 30 ein­ gedrückte Kugel 33 veranschaulicht ist. Im im Zapfen 31 auslau­ fenden geschlossenen Endbereich der Rücklaufbohrung 30 mündet diese, symbolisiert durch eine Querbohrung 34, auf den Ketten­ kasten und damit auf den Ölsammelraum der Brennkraftmaschine aus, mit dem auch der Kettenkasten in Verbindung steht.

Dem beschriebenen, rücklaufseitigen Versorgungsweg, der im we­ sentlichen durch die zentrale Rücklaufbohrung 30 und deren Aus­ mündung auf den Ölsammelraum bestimmt ist, entspricht zulauf-, und damit druckseitig eine zentrale Anschlussbohrung 35, die sich durch den Hals 16 der Spannschraube 11 bis in den Bereich von deren Boden 19 erstreckt und an die eine in Richtung der Fläche des Bodens 19 verlaufende Querbohrung 36 anschliesst, die sich mit einer im Schaft 13 verlaufenden Längsbohrung 37 schneidet, welche auf eine Radialbohrung 38 im Schaft 13 aus­ mündet. Die Bohrungen 35 bis 38 schneiden sich jeweils bezüg­ lich ihrer Achsen. Ferner geht die Bohrung 35 von der freien Stirnseite des Gewindehalses 16 aus, während die Bohrungen 36 und 37 vom Aussenumfang des Schaftes 13 im Bereich des Bodens 19 bzw. von der Aussenseite des Bodens 19 ausgehen (Bohrungsan­ satz) und gegen die entsprechenden Aussenflächen offen sind. Entsprechend ist die Bohrung 38 als Durchgangsbohrung ausgebil­ det. Für die Bohrung 38 ergibt sich radial nach aussen ein dichtender Abschluss durch den überdeckenden Innenkörper 7 die offenen den Bohrungsansatz bildenden Enden der Bohrungen 36 und 37 liegen im Bereich der Überdeckung des Schaftes 13 zur Auf­ nahme 14 im Befestigungsflansch 5, wobei durch den Passsitz des Schaftes 13 in der Aufnahme 14 ein hinreichend dichter Ab­ schluss des ringförmigen Eckbereiches erreicht wird, der durch den Gewindehals 16 im Übergang zum Boden 19 radial innen und den Befestigungsflansch 5 radial aussen begrenzt ist. Der durch den Boden 19 geschlossene, stirnseitige Endbereich des Gehäuses 18 ist an eine Entlüftungsbohrung 39 angeschlossen, die radial auf einen im Übergang des Innenkörpers 7 zum Befestigungs­ flansch 5 liegenden, stirnseitigen Ringkanal 40 im Innenkörper 7 ausmündet, der einen Entlüftungsanschluss 41 aufweist, der zwischen Innenkörper 7 und Befestigungsflansch 5 auf den Ket­ tenkasten ausläuft.

Im zylindrischen, durch die Spannschraube 11 gebildeten Gehäuse 18 sind axial zueinander beabstandete verstellerseitige An­ schlüsse 42 und 43 vorgesehen, die jeweils durch Radialbohrun­ gen gebildet sind und zu denen Ringkanäle 44 und 45 im Innen­ körper 7 korrespondieren, über die die nicht gezeigten, zwi­ schen Innenkörper und nicht gezeigtem Aussenkörper liegenden Arbeitskammern versorgt werden.

Bezogen auf die dargestellte Endlage des Steuerschiebers 20, auf die dieser über die Feder 46 belastet ist, sind die mit der Ringkammer 45 verbundenen, nicht gezeigten Arbeitskammern druckbeaufschlagt, während die mit der Ringkammer 44 verbunde­ nen Arbeitskammern an den Rücklauf auf die Ölsammelkammer ange­ schlossen sind. Der Ringraum 26 ist dementsprechend mit der Druckquelle verbunden und stellt die Verbindung zwischen der Radialbohrung 38 als Teil des versorgungsseitgen Anschlusses und der Bohrung 43 als Teil des verstellseitigen Anschlusses dar. Die Ringkanäle 25 und 27 sind aufgrund ihrer über die Boh­ rungen 28 und 29 erfolgenden Verbindung zur Rücklaufbohrung 30 beide weitgehend drucklos, in jedem Fall aber dem gleichen Druck unterworfen, sofern sich ein entsprechender Staudruck beim Entleeren der mit dem verstellseitigen Anschluss 42 ver­ bundenen Arbeitskammern kurzzeitig aufbauen sollte, so dass Druckschwankungen, sei es zulaufseitig oder ablaufseitig ohne Einfluss auf den Steuerschieber 20 und die zur Verstellung des Steuerschiebers 20 notwendigen Stellkräfte bleiben. Dies gilt auch, wenn der Steuerschieber 20 aus der gezeigten Stellung - in der Zeichnung nach links - über den Anker 32 in eine Sperr­ stellung, in der die Ringstege 22 und 23 in Überdeckung zu den Anschlüssen 42 und 43 liegen, oder darüber hinaus in eine Um­ steuerstellung verschoben wird, in der der Ringraum 26 in Über­ deckung zum Anschluss 42 liegt und der Anschluss 43 zum Ringka­ nal 27 korrespondiert.

Abgesehen davon, das die jeweils korrespondierende Beaufschla­ gung der Ringkanäle 25 und 27 druckabhängige Stellkräfte auf den Steuerschieber 20 ausschliesst, ermöglicht der zentrale, durch die Rücklaufbohrung 30 gebildete ablaufseitige Versor­ gungsanschluss ein direktes Abströmen bei einem relativ großen Abströmquerschnitt, wobei die Größe dieses Abströmquerschnittes auf die Baulänge des Nockenwellenverstellers praktisch ohne Einfluss bleibt und insbesondere auch einfach herzustellen ist. Auch die Bohrungsführung im druckseitigen Anschlussweg macht Eingriffe in die Nockenwelle als solche nicht erforderlich und ermöglicht sogar die Verlegung der entsprechenden Anschlusswege in das durch die Spannschraube 11 gebildete Gehäuse 18 für den Steuerschieber 20, so dass dies eine einbaufertige Einheit bil­ det, die aufgrund des passdichten Einsatzes zum Innenkörper 7 bzw. zur Aufnahme 14 den Verzicht auf besondere Dichtungsmass­ nahmen möglich macht.

Insgesamt lassen sich bei der erfindungsgemäßen Lösung hohe Drücke und große Volumenströme ohne negative Auswirkungen auf die Verstellgenauigkeiten des Steuerschiebers und der für die­ sen notwendigen Stellkräfte beherrschen, so dass gegebenenfalls auch im Hinblick auf möglichst kleine Gesamtabmessungen kleine­ re Bohrungs- und Kanalquerschnitte in Kauf genommen werden kön­ nen, und eine sehr feine Einstellung des geschilderten, erfin­ dungsgemäßen 4/2-Wege-Proportionalventiles möglich ist.

Claims (8)

1. Nockenwellenversteller für eine Brennkraftmaschine, der im Antrieb einer Kurbelwelle für eine Nockenwelle (1) liegt und gegenüber der Nockenwelle (1) zentriert koaxial über eine Spannschraube (11) zu fixieren ist, die als Ventilgehäuse (18) eines 4/2-Proportionalventiles eine axiale Aufnahme für einen zentral liegenden und axial verschiebbaren Steuerschieber (20) bildet, der über einen Stellantrieb beaufschlagbar ist und dem zwei axial beabstandete, verstellerseitige Anschlüsse (42, 43) im Ventilgehäuse (18) zugeordnet sind, die in Abhängigkeit von der Betätigungsstellung des Steuerschiebers (20) mit dem druck­ seitigen Versorgungsanschluss zu verbinden sind, der über eine Querverbindung (38) im Ventilgehäuse (18) auf einen Ringraum (26) des Steuerschiebers (20) ausmündet, der über zwei Ringste­ ge (22, 23) des Steuerschiebers (20) axial begrenzt ist, über die die verstellerseitigen Gehäuseanschlüsse (42, 43) absteuer­ bar sind, wobei der jeweils gegen die Druckseite abgesteuerte, verstellerseitige Gehäuseanschluss (42 bzw. 43) mit dem rück­ laufseitigen Versorgungsanschluss verbunden ist, der jeweils im axial auf die einander abgewandten Seiten der Ringstege (22, 23) folgenden Bereich zu einer zentralen, im Steuerschieber (20) verlaufenden Rücklaufbohrung (30) eine Verbindung auf­ weist, die über einen umfangsseitig am Steuerschieber (20) vor­ gesehenen, beiderseits durch Ringstege (21, 22 bzw. 23, 24) be­ grenzten Ringkanal (25, 27) verläuft, der an die in ihrem von der Nockenwelle (1) abgelegenen Endbereich auf einen Ölsammel­ raum ausmündete Rücklaufbohrung (30) angeschlossen ist.

2. Nockenwellenversteller nach Anspruch 1, dadurch gekennzeichnet, dass der Anschluss des Ringkanales (25, 27) an die Rücklauf­ bohrung (30) über eine Querbohrung (28, 29) erfolgt.

3. Nockenwellenversteller nach Anspruch 1 oder 2, dadurch gekennzeichnet, dass die zentrale Rücklaufbohrung (30) gegen das nockenwellen­ seitige Ende des Steuerschiebers (20) geschlossen ist.

4. Nockenwellenversteller nach einem der vorhergehenden Ansprü­ che, dadurch gekennzeichnet, dass das nockenwellenseitige Ende des Steuerschiebers (20) durch den den Ringkanal (27) begrenzenden Ringsteg (24) gebil­ det ist und dass der über diesen Ringsteg (24) begrenzten End­ bereich des Gehäuses (18) des Steuerschiebers (20) einen Lecka­ geanschluss aufweist.

5. Nockenwellenversteller nach einem der vorhergehenden Ansprü­ che, dadurch gekennzeichnet, dass die Spannschraube (11) in ihrem nockenwellenseitigen End­ bereich eine zentrale Anschlussbohrung (35) als druckseitigen Versorgungsanschluss aufweist, der auf eine der Nockenwelle (1) zugeordnete, zentrale Ölversorgungsbohrung (4) ausmündet.

6. Nockenwellenversteller nach Anspruch 5, dadurch gekennzeichnet, dass die zentrale Anschlussbohrung (35) durch in der Spann­ schraube (11) verlaufende Bohrungen (35, 36, 38) an den Rin­ graum (26) angeschlossen ist.

7. Nockenwellenversteller nach Anspruch 6, dadurch gekennzeichnet, dass von den in der Spannschraube (11) verlaufenden Bohrungen (36, 37) einzelne einen der Außenfläche der Spannschraube (11) zugeordneten Bohrungsansatz aufweisen und dass der Bohrungsan­ satz in Überdeckung zur Aufnahme (14) im Befestigungsflansch (5) der Nockenwelle (1) liegt.

8. Nockenwellenversteller nach Anspruch 7, dadurch gekennzeichnet, dass die Spannschraube (11) passend zumindest gegenüber dem of­ fenen Endbereich der Aufnahme (14) abgestützt ist und die Auf­ nahme (14) abschließt.