EP1073830B1

EP1073830B1 - Nockenwellenversteller für brennkraftmaschinen

Info

Publication number: EP1073830B1
Application number: EP99916918A
Authority: EP
Inventors: Wolfgang Speier
Original assignee: DaimlerChrysler AG
Current assignee: Daimler AG
Priority date: 1998-04-18
Filing date: 1999-04-14
Publication date: 2002-09-25
Anticipated expiration: 2019-04-14
Also published as: DE19817319C2; DE59902848D1; WO1999054599A1; US6363896B1; EP1073830A1; DE19817319A1

Abstract

Für einen Nockenwellenversteller (1) von Brennkraftmaschinen wird ein Aufbau mit einer zentralen Spannschraube (9) zur Fixierung gegenüber der Nockenwelle (2) vorgeschlagen, wobei in die Spannschraube (9) der die Versorgung des Nockenwellenverstellers (1) mit Druckmedium steuernder Schieber (8) integriert ist und die Spannschraube (9) bei unmittelbarer Zentrierung und Fixierung gegenüber der Nockenwelle (2) die Lagerung des Nockenwellenverstellers (1) bildet.

Description

Die Erfindung betrifft einen Nockenwellenversteller für Brennkraftmaschinen gemäß dem Oberbegriff des Anspruches 1.

Nockenwellenversteller sind als Kolbenversteller mit axial verschiebbarem Kolben (DE 40 29 849 C2, DE 196 11 365 A1 und DE 197 26 300 A1, Figur 1) wie auch als Flügelversteller mit in Umfangsrichtung beaufschlagbaren und verschwenkbaren Flügeln (DE 197 26 300 A1, Figuren 7 bis 10) bekannt.

In Verbindung mit beiden Bauformen erfolgt die Befestigung des Nockenwellenverstellers in stirnseitiger Verlängerung der Nokkenwelle über eine zentrale Spannschraube.

Zur Steuerung der hydraulischen Druckversorgung -des Nockenwellenverstellers ist es aus der DE 40 29 849 C2 bekannt, ein externes 4/2 Wegeventil vorzusehen, von dem aus Versorgungskanäle zur Nockenwelle und zu dem hier als Stellmittel vorgesehenen Stellkolben verlaufen, der in einem Aufnahmeraum zwischen Innen- und Außenkörper angeordnet ist, wobei über den Außenkörper die Antriebsverbindung zur Kurbelwelle verläuft.

Dadurch bedingte lange Leitungswege mit der Gefahr entsprechender Leckagen sowie auch gewisser Elastizitäten können dazu führen, dass das System eine hydraulisch ungenügende Steifigkeit aufweist und damit eine zufriedenstellende Regelung erschwert, ungeachtet dessen, dass die externe Anordnung der durch das Wegeventil gebildeten Steuereinrichtung den Bauaufwand und die Größe des erforderlichen Bauraumes negativ beeinflusst.

Durch die DE 196 11 365 A1, die im Oberbegriff des Anspruches 1 berücksichtigt ist, ist es darüber hinaus bekannt, die als Mehrwegeventil ausgebildete Steuereinrichtung in die Spannschraube zu integrieren, so dass diese als Gehäuse eine axiale Aufnahme für einen zentral liegenden und axial verschiebbaren Steuerschieber bildet, über den radial auf kurzen Wegen die Druckmittelversorgung der Stellmittel erfolgen kann.

Im Hinblick hierauf ist vorgesehen, den zur Nockenwelle drehfesten Innenkörper des Nockenwellenverstellers und dessen gegenüber dem Innenkörper verdrehbaren Außenkörper, über den die Antriebsverbindung zur Kurbelwelle läuft, auf der Spannschraube zu führen, ungeachtet einer hiervon unabhängigen Zentrierung des Innenkörpers gegenüber der Nockenwelle. Dies bedingt sehr enge Tolerierungen, also hohen Fertigungsaufwand, und führt zudem durch die Überlagerung mehrerer spielbehafteter radialer Führungen zu Desachsierungsfehlern, die sich auf den Rundlauf und das Schwingungsverhalten nachteilig auswirken können, wobei solche Rundlauf- und Desachsierungsfehler es auch erschweren, den Steuerschieber über den diesem gehäuseseitig zugeordneten, axial versetzten Stellmagneten als Stellantrieb bei möglichst geringem Spaltmaß zum vom Steuerschieber getragenen Anker zu betreiben. Größere Spaltmaße führen aber zu erhöhtem Leistungsbedarf und damit erhöhtem Raumbedarf, der in Anbetracht der baulichen Gegebenheiten bei Brennkraftmaschinen für Kraftfahrzeuge schon im Hinblick auf die durch den Nockenwellenversteller bedingte axiale Verlängerung häufig nicht zur Verfügung steht.

Durch die Erfindung soll ein Nockenwellenversteller der eingangs genannten Art dahingehend ausgebildet werden, dass eine möglichst gute Zentrierung des Nockenwellenverstellers erreicht wird, durch die gleichzeitig die Voraussetzungen für eine besonders einfache und preisgünstige Fertigung geschaffen werden.

Gemäß der Erfindung wird dies durch die Merkmale des Anspruches 1 erreicht, denen zufolge die Spannschraube das gegenüber der Nockenwelle zentrierende Element des Nockenwellenverstellers bildet, so dass dieser bezüglich seines Innen- und Außenkörpers sowie auch seiner seitlichen Abschlusselemente in Form von Deckeln keine zusätzliche zentrierende Abstützung benötigt. Damit entfällt die Notwendigkeit von axialen Hinterschneidungen oder Vorsprüngen an Innen- und Außenkörper, die die Fertigung erschweren, und es wird möglich, den Nockenwellenversteller als Flügelsteller mit scheibenförmigem Innenkörper und Außenkörper sowie scheibenförmigen Deckeln aufzubauen. Für die Deckel erweist sich eine lediglich axiale Verspannung gegeneinander bzw. gegen den Außenkörper als ausreichend, was zu einer weiteren Vereinfachung führt. Zudem ergibt die erfindungsgemäße Ausgestaltung mit Zentrierung des gesamten Nockenwellenverstellers, einschließlich des Anschlusses der durch das Mehrwegeventil gebildeten Steuereinrichtung an den Stellantrieb, über die Spannschraube besonders günstige Voraussetzungen für eine weitgehend toleranzfreie Zentrierung ohne übermäßige Anforderungen an die Fertigung, mit besten Voraussetzungen für einen möglichst guten und schwingungsfreien Rundlauf sowie mit möglichst geringen, erforderlichen Spaltmaßen im Übergang zwischen Steuerschieber und Stellantrieb.

Als zweckmäßig erweist es sich, wenn die Deckel radial innen an den Zentrierbund der Nockenwelle anschließen, so dass eine ausreichende radiale Überdeckung zu Innen- und Außenkörper gegeben ist, die die Verwendung einfacher Dichtmittel möglich macht, sofern solche vorgesehen werden sollen, wobei die durch die Erfindung erreichte exakte Zentrierung mit geringen Spielen sich auch im Hinblick auf die Reduzierung von Leckagen günstig auswirkt.

Weitere Einzelheiten und. Merkmale der Erfindung ergeben sich aus den Ansprüchen. Desweiteren wird die Erfindung anhand der Zeichnungen mit zusätzlichen Einzelheiten erläutert. Es zeigen:

Fig. 1: in einer Schnittdarstellung gemäß Linie I-I in Fig. 2 einen Längsschnitt durch einen Nockenwellenversteller gemäß der Erfindung, teilweise schematisiert dargestellt, wobei der Nockenwellenversteller in Verlängerung zur Nockenwelle der in Einzelheiten nicht dargestellten Brennkraftmaschine angeordnet ist und von einem ebenfalls nur in seinen Umrissen angedeuteten, stirnseitig zur Brennkraftmaschine vorgesehenen Kettenkasten aufgenommen wird,
Fig. 2: einen Schnitt gemäß Linie II-II in Figur 1, in vereinfachter Darstellung, und
Fig. 3: eine weitgehend entsprechende, vergrößerte Darstellung des zentralen, den Steuerschieber umfassenden Bereiches des Nockenwellenverstellers gemäß Figur 1.

Der Nockenwellenversteller gemäß Figuren 1 bis 3 ist insgesamt mit 1 bezeichnet und in Zuordnung zu einer Nockenwelle 2 einer Brennkraftmaschine 3 dargestellt, die hier nur in ihren Umrissen angedeutet ist únd an deren dem dargestellten Ende der Nokkenwelle 2 zugeordneter Stirnseite ein Kettenkasten 4 vorgesehen ist, der im wesentlichen nur in seinen Umrissen dargestellt ist. An diesem Kettenkasten 4 ist in axialer Verlängerung zur Nockenwelle 2, und dieser gegenüberliegend, der dem Nockenwellenversteller 1 zugeordnete Stellantrieb 5 vorgesehen, der durch einen Stellmagneten gebildet ist und der von außen auf die der Brennkraftmaschine 3 gegenüberliegende Stirnseite des Kettenkastens 4 aufgeschraubt ist, wie bei 5 angedeutet.

Der durch einen Stellmagneten gebildete Stellantrieb 5 wirkt mit dem Anker 7 eines Steuerschiebers 8 zusammen, der in eine Zentralschraube als Spannschraube 9 integriert ist, über die der Nockenwellenversteller 1 stirnseitig an der Nockenwelle 2 angeflanscht ist, wobei die Spannschraube 9 mit dem Steuerschieber 8 des Nockenwellenverstellers 1 sowie dem Stellantrieb 5 koaxial zur Nockenwelle 2 liegt.

Auf der Spannschraube 9 sitzt, gegen die Nockenwelle 2 axial verspannt, der Innenkörper 110 des Nockenwellenverstellers 1, dem ein Außenkörper 111 zugeordnet ist, der an seinem Außenumfang Verzahnungen 12 aufweist, über die, in fester Zuordnung in Bezug auf Drehrichtung und Drehzahl, die Nockenwelle 2 von der hier nicht dargestellten Kurbelwelle der Brennkraftmaschine 3 angetrieben wird. Anstelle eines hier angesprochenen und angedeuteten Kettentriebes können selbstverständlich auch andere Antriebsverbindungen treten, wie beispielsweise Zahnriementriebe oder auch Zahnradtriebe.

Der Außenkörper 111 weist über seinen Umfang verteilt radial nach innen ragende Kolbenflügel 13 auf, denen seitens des Innenkörpers 110 Gegenflügel 14 zugeordnet sind, wobei jeweils zwei Gegenflügel 14 einen Ringsektor 15 begrenzen, in dem ein Kolbenflügel 13 des Außenkörpers 111 liegt, wobei der Außenkörper 111 mit seinen ihm zugeordneten Kolbenflügeln 13 quasi einen Flügelrotor bildet, der gegenüber dem Innenkörper 110 über einen Winkelbereich verstellbar ist, der durch die Gegenflügel 14 eines Ringsektors 15 begrenzt ist.

Innerhalb des jeweiligen Ringsektors 15 begrenzen Kolbenflügel 13 und Gegenflügel 14 jeweils zwei Arbeiriskammern 16, 17, die hydraulisch beaufschlagbar sind, und zwar gesteuert über den Steuerschieber 8.

Aus Figuren 1 und 3 ist ersichtlich, daß die Zentrierung der Spannschraube 9 gegenüber der Nockenwelle 2 über einen Zentrierbund 119 der Nockenwelle 2 erfolgt, der sich unmittelbar gegen den Umfang der Spannschraube 9 abstützt. Diese Zentrierung zwischen Spannschraube 9 und Nockenwelle 2 im Bereich des der Nockenwelle 2 benachbarten Endbereiches macht es möglich, den Innenkörper 110 und den Außenkörper 111 als plane Scheiben auszubilden, so daß diese in zur Achse der Nockenwelle 2 senkrecht stehenden Ebenen liegende Stirnseiten aufweisen und durch ebenfalls plane, als Ringdeckel ausgebildete Deckel 134, 135 abgedeckt werden können. In Verbindung mit der axialen Verspannung der Spannschraube 9 gegenüber der Nockenwelle 2 ermöglicht der mit dem Umfang der Spannschraube 9 zusammenwirkende Zentrierbund 119 somit eine unmittelbare Ausrichtung der Spannschraube 9 auf die Nockenwelle 2, so daß sich bei einfacher Herstellung eine bezüglich der Passungsspiele gut beherrschbare Fertigung für den Nockenwellenversteller 1 ergibt. Dies gilt insbesondere auch in Bezug auf den Innenkörper 110 sowie den Außenkörper 111 und die diese axial überdeckenden Ringdeckel 134, 135, da diese Teile sämtlich zumindest bezüglich der zusammenwirkenden Flächen als plane Scheiben ausgebildet werden können, was bei einfacher Herstellung auch enge Toleranzen ermöglicht. Dies macht es gegebenenfalls auch möglich, die Deckel 134, 135 dichtungsfrei gegen Innenkörper 110 und Außenkörper 111 zu verspannen, obwohl sich Dichtungen, wie bei 147 dargestellt, als Ringdichtungen bei einer solchen Lösung ohne besonders großen Aufwand in die zusammenwirkenden Flächen einarbeiten lassen. Solche Abdichtungen sind im Regelfall aber auch deshalb entbehrlich, weil die Arbeitsdrücke verhältnismäßig niedrig sind und Leckagen im Rahmen der durch Planschliff möglichen Feinbearbeitung auch ohne Dichtungen auf ein Maß beschränkt sind, das bei Anordnung des Nockenwellenverstellers 1 im Kettenkasten 4 hingenommen werden kann.

Die Zuführung von Druckmedium auf die jeweilige Arbeitskammer 16 bzw. 17 erfolgt in nicht näher dargestellter Weise über eine Lagerstelle der Nockenwelle 2 im Gehäuse der Brennkraftmaschine und Radialbohrungen 20 in der Nockenwelle 2. Ausgehend hiervon führt ein Axialkanal 21, 22 über Nockenwelle 2 und Innenkörper 110 zu einem Ringraum 23 im Innenkörper 110, der in Überdeckung zu Radialbohrungen 24 in der Spannschraube 9 liegt. Diese münden auf einen Ringraum 25 des Steuerschiebers 8 aus, der zwischen Ringbunden 26, 27 des Steuerschiebers 8 liegt, über die der Ringraum 25 axial begrenzt ist.

Der von der Nockenwelle 2 abgelegene Ringbund 26 begrenzt mit einem weiteren, nach der von der Nockenwelle 2 abgelegenen Seite versetzten Ringbund 28 einen weiteren Ringraum 29, der über eine radiale Anschlußbohrung und eine Axialbohrung 30 mit der Aufnahme 31 in Verbindung steht, die über eine die bodenseitige Begrenzung der Aufnahme 31 durchsetzende Bohrung 32 und einen radialen, den Zentrierbund 119 der Nockenwelle 2 durchsetzenden Verbinduncskanal 33 in den Kettenkasten 4 ausmündet.

Die die Arbeitskammern 16 und 17 beinhaltenden Ringsektoren sind axial durch die Ringdeckel 134 und 135 geschlossen, die flächig Teile der Stirnflächen des Innenkörpers 110 und des Außenkörpers 111 überdecken und welche über axiale Spannschrauben 38 gegen die planen Stirnflächen des Innenkörpers 110 und des Außenkörpers 111 anliegend gehalten sind.

Zur Fixierung des Außenkörpers 111 als Flügelrotor in seiner der Startstellung der Brennkraftmaschine entsprechenden Stellung, die im Regelfall einer Spät-Stellung der Nockenwelle 2 entspricht, ist im Bereich eines Kolbenflügels 13 des Außenkörpers 111 ein Sperrelement 39 in Form eines Radialbolzens vorgesehen, der in Richtung auf den Innenkörper 110 federbelastet ist und dem im Innenkörper 110 eine Rastöffnung 40 zugeordnet ist. Die Rastöffnung 40 steht in Überschneidung zu einem auf die Kammer 16 ausmündenden Radialkanal 41, der von einer im Innenumfang des Innenkörpers 110 vorgesehenen Ringnut 42 ausgeht. Diese Ringnut 42 steht in Überdeckung zu Radialbohrungen 43 in der die Führung des Steuerschiebers 8 bildenden, die Aufnahme 31 für den Steuerschieber 8 begrenzenden Axialwandung der Spannschraube 9. Bezogen auf die Darstellung gemäß Figur 1 axial versetzt und auf die jeweils andere Arbeitskammer 17 ausmündend sind, in Figur 2 strichliert dargestellt, Radialkanäle 44 im Innenkörper 110 vorgesehen, die auf Ringnuten 45 ausmünden, welche in Überdeckung zu Radialbohrungen 46 in der Wandung der Spannschraube 9 stehen.

Wird die Brennkraftmaschine 3 angefahren, so wird über die Radialbohrung 20 in der Nockenwelle 2 Druckmedium zugeführt, das über die Axialkanäle 21 und 22 in den Ringraum 25 des Steuerschiebers 8 gelangt. Der Startstellung entsprechend nimmt dieser zunächst eine der Nockenwelle 2 benachbarte, federbelastete Endlage an, bis mit Durchführung des Startvorganges der Stellantrieb 5 aktiviert und durch den Stellmagneten der Anker 7 angezogen wird, so daß der Ringraum 25 in Überdeckung zur Radialbohrung 43 in der Spannschraube 9 und über die Ringnut 42 zum Radialkanal 41 kommt, und damit das Sperrelement 39 und die Kammer 16 mit Druckmedium beaufschlagt. Das Sperrelement 39 wird hierdurch entgegen der Federkraft verschoben, die über das Sperrelement 39 ausgeübte Verriegelung aufgehoben und der Außenkörper 111, bezogen auf die Darstellung gemäß Figur 2 im Gegenuhrzeigersinn in Richtung einer Früh-Stellung der Nockenwelle 2 verschwenkt. Ist über eine entsprechende Ansteuerung des Steuermagneten des Stellantriebes 5, in Abhängigkeit von der Motorsteuerung, die gewünschte Nockenwellenlage erreicht, so wird der Steuerschieber 8 mit seinen beiden Ringbunden 26 und 27 in Überdeckung zu den Bohrungen 43 und 46 gebracht, die Zufuhr von Druckmedium zu den Kammern 16 und 17 also unterbrochen, solange die angestrebte Sollage der Nockenwelle gegeben ist. Ergeben sich gegenüber dieser, beispielsweise durch Leckagen, Verschiebungen, so wird über den Stellmagneten 5 als kontinuierlich steuerndes Element, beispielsweise als Proportionalmagnet entsprechend nachgesteuert, also durch Zufuhr bzw. Ablassen von Druckmedium zu der einen oder anderen Kammer 16 bzw. 17 die notwendige Nachstellung vorgenommen.

Wird die Brennkraftmaschine 3 abgeschaltet, so geht der Steuerschieber 8 in die gezeigte Ausgangslage zurück, in der die Kammer 16 über den Ringraum 29 an den Rücklauf angeschlossen ist, so daß sich die Kammer 16 entleert und gleichzeitig auch der das Sperrelement 39 bildende Bolzen durch die Federkraft in seine Sperrstellung verschoben werden kann. In beiden Endstellungen des Steuerschiebers 8 ist die jeweils nicht druckbeaufschlagte Kammer gegen den Rücklauf offen.

Durch die aufgezeigte Gestaltung ist ein in Achsrichtung der Nockenwelle 2 sehr kurz bauender Nockenwellenversteller 1 gegeben, bei dem der Innenkörper 110 über die Spannschraube 9 axial gegen die Nockenwelle 2 verspannt und zugleich zentriert ist, wobei die Spannschraube 9 ihrerseits zugleich die Zentrierung für den Innenkörper 110 bildet.

Claims

Nockenwellenversteller für Brennkraftmaschinen, der im Antrieb einer Nockenwelle (2) von der Kurbelwelle liegt und gegenüber der Nockenwelle (2) zentriert koaxial mit dieser zu verbinden ist, mit einem zur Nockenwelle (2) drehfesten Innenkörper (110), der von einer zentralen Spannschraube (9) durchsetzt und über diese axial gegen die Nockenwelle (2) verspannbar ist, einem gegenüber dem Innenkörper (110) verdrehbaren Außenkörper (111), über den die Antriebsverbindung zur Kurbelwelle läuft, einem Aufnahmeraum zwischen Innenkörper (110) und Außenkörper (111) für hydraulisch beaufschlagbare Stellmittel zur Verdrehung des Außenkörpers (111) gegenüber dem Innenkörper (110) und einer diesen Stellmitteln zugeordneten Steuereinrichtung mit einem Mehrwegeventil, das in die Spannschraube (9) integriert ist, die als Gehäuse eine axiale Aufnahme für einen zentral liegenden und axial verschiebbaren Steuerschieber (8) bildet,
dadurch gekennzeichnet, dass die Spannschraube (9) mit ihrem nockenwellenseitigen Ende in einen axialen Zentrierbund (119) der Nockenwelle (2) eingreift, über ihren Umfang gegen diesen zentriert ist und als den Nockenwellenversteller (1) gegen die Nockenwelle (2) zentrierendes Element den Innenkörper (110) trägt, dass Innenkörper (110) und Außenkörper (111) mit radial gegeneinander gerichteten und den Aufnahmeraum zwischen Innenkörper (110) und Außenkörper (111) in hydraulisch beaufschlagbare Arbeitskammern (16, 17) unterteilenden Kolbenflügeln (13, 14) versehen sind und dass Innenkörper (110) und Außenkörper (111) stirnseitig plan ausgebildet und über die Arbeitskammern (16, 17) seitlich begrenzende Ringdeckel (134, 135) flächig abgedeckt sind.
Nockenwellenversteller nach Anspruch 1,
dadurch gekennzeichnet, dass die Ringdeckel (134, 135) radial innen an den Zentrierbund (119) der Nockenwelle (2) anschließen.
Nockenwellenversteller nach Anspruch 1 oder 2,
dadurch gekennzeichnet, dass der Steuerschieber (8) mit dem Anker (7) eines gehäusefest angeordneten, einen Stellmagneten umfassenden Stellantriebes (5) verbunden ist.