DE10029261A1 - Nockenwellenverschwenkeinrichtung - Google Patents

Abstract

Die Erfindung betrifft eine Verstellvorrichtung für die Verschwenkung von einer Nockenwelle gegenüber einer Antriebsvorrichtung, wobei die Verstellvorrichtung ein zylinderförmiges Gehäuse aufweist, in das ein Schwenkteil eingesetzt ist, das gegenüber dem Gehäuse ringförmig angeordnete erste und zweite Arbeitsräume aufweist, denen von einer Steuervorrichtung gesteuert wechselweise Hydraulikfluid zuführbar ist, wobei bei Befüllung der ersten Arbeitsräume eine erste Verschwenkstellung und bei Befüllung der zweiten Arbeitsräume eine zweite Verschwenkstellung eingestellt ist. DOLLAR A Erfindungsgemäß ist die Steuereinrichtung ein elektrisch betätigtes Steuerventil für das Hydraulikfluid, das in die Verstellvorrichtung integriert ist.

Description

Die Erfindung betrifft eine Verstellvorrichtung für die Verschwenkung einer Welle gegenüber einer Antriebsvorrichtung, wobei die Ver­ stellvorrichtung ein zylinderförmiges Gehäuse aufweist, in das ein Schwenkteil eingesetzt ist, das gegenüber dem Gehäuse ringförmig angeordnete erste und zweite Arbeitsräume aufweist, denen von einer Steuervorrichtung gesteuert wechselweise Hydraulikfluid zu­ führbar ist, wobei bei Befüllung der ersten Arbeitsräume eine erste Verschwenkstellung und bei Befüllung der zweiten Arbeitsräume eine zweite Verschwenkstellung eingestellt ist.

Eine solche Verstelleinrichtung ist bekannt und wird in der Automo­ bilindustrie zur Verstellung einer Nockenwelle, die die Öffnungs- und Schließzeiten der Gaswechselventile steuert, eingesetzt. Dabei er­ folgt die Steuerung als Zweipunkt-Regelung, d. h. die Nockenwelle kann in zwei Arbeitslagen gegenüber der Antriebsvorrichtung verdreht werden. Die Steuervorrichtung zur Befüllung der ersten oder zweiten Arbeitsräume mit Hydraulikfluid sitzt im Prinzip an beliebiger Stelle an der Brennkraftmaschine und ist über Hydraulikleitungen mit der Ver­ stellvorrichtung verbunden.

Der Erfindung liegt die Aufgabe zugrunde, eine solche Verstellvor­ richtung dahingehend weiterzubilden, dass eine sehr kompakte und zuverlässig arbeitende Verstellvorrichtung gegeben ist.

Diese Aufgabe wird dadurch gelöst, dass die Steuereinrichtung ein elektrisch betätigtes Steuerventil für das Hydraulikfluid ist, und dass das Steuerventil in die Verstellvorrichtung integriert ist. Durch die In­ tegration des Steuerventils in die Verstellvorrichtung werden die von diesem angesteuerten Befüllungsleitungen zu den ersten und zweiten Arbeitsräumen soweit wie möglich verkürzt. Dies gilt besonders, wenn das Steuerventil in etwa zentral in der Mitte zwischen den ringförmig angeordneten Arbeitsräumen in dem zylinderförmigen Gehäuse an­ geordnet ist. Während bei der bisher bekannten Ausbildung die je­ weils zu den ersten und zweiten Arbeitsräumen führenden Befül­ lungsleitungen zu entsprechenden Versorgungsleitungen zusammen­ gefasst waren und aus dem Gehäuse bzw. aus der gesamten Ver­ stellvorrichtung herausgeführt waren, sind diese Versorgungslei­ tungen durch die erfindungsgemäße Ausgestaltung nicht mehr vor­ handen. Dadurch wird dieses hydraulische System insgesamt steifer, kompakter und auch weniger anfällig gegen mögliche Leckagen. Durch die gleichzeitige elektrische Ansteuerung des Steuerventils ist auf der "Primärseite" für eine unproblematische Ansteuerung des Steuerventils gesorgt. Dies ist ganz besonders bei einer elektromag­ netischen Ansteuerung des Steuerventils gegeben, bei der die Schalt­ impulse berührungsfrei von einem feststehenden Teil beispielsweise einer selbstzündenden Brennkraftmaschine auf die sich drehende Verstellvorrichtung übertragen werden.

In Weiterbildung der Erfindung weist das zylinderförmige Gehäuse einen Zahnkranz auf und die Welle ist eine Nockenwelle einer Brenn­ kraftmaschine, die mit dem Schwenkteil verbunden ist. Dabei weist die Nockenwelle in besonders vorteilhafter Ausgestaltung drei jeder Zylindereinheit der Brennkraftmaschine zugeordnete Nocken auf, von denen zwei zur Gaswechselventilsteuerung und ein Nocken zur Betä­ tigung eines der Zylindereinheit zugeordneten Einspritzpumpenele­ mentes ausgebildet sind. Dabei erfolgt die Verdrehung der Nocken­ welle bei einer derartigen Brennkraftmaschine mit einem sogenann­ ten Pumpe-Leitung-Düse-Einspritzsystem zur Verstellung des Förder­ beginns des von den Einspritzpumpenelementen geförderten Brenn­ stoffs. Dies wird beispielsweise zur Erfüllung gesetzter Abgasvor­ schriften, beispielsweise beim Kaltstart der Brennkraftmaschine, vor­ genommen. In diesen Drehzahlbereichen hat die damit einhergehen­ de Verstellung der Gaswechselsteuerzeiten keinen negativen Einfluss auf das Betriebsverhalten der Brennkraftmaschine.

In weiterer Ausgestaltung der Erfindung weist das Steuerventil einen Steuerkolben auf, der entgegen der Kraft einer Feder elektromagne­ tisch betätig axial verschiebbar ist und der Steuerkolben weist einen Hydraulikfluid-Steuerkanal auf, der je nach Endlage des Steuerkol­ bens mit unterschiedlichen Weiterführungsleitungen verschaltet ist, die jeweils mit den ersten beziehungsweise zweiten Arbeitsräumen strömungsmechanisch verschaltet sind. Mit dieser Ausbildung ist eine zuverlässige Verstellvorrichtung dargestellt, die kurze Reaktionszei­ ten während des Schaltvorganges aufweist. Der Elektromagnet zur Betätigung des Steuerkolbens ist im übrigen bevorzugt in den Räder­ kasten der Brennkraftmaschine integriert und somit leicht zugänglich.

In weiterer Ausgestaltung der Erfindung ist in den Steuerkolben ein Rückschlagventil eingesetzt, das strömungsmechanisch in einen Längskanal vor den Hydraulikfluid-Steuerkanal geschaltet ist. Da­ durch wird erreicht, dass während des Betriebs der Brennkraftma­ schine und eingestellte Früh- oder Spätverstellung die durch die ho­ hen auftretenden Wechselmomente in der Nockenwelle auf das Hy­ draulikfluid wirkenden Druckstöße keine Verstellung erzeugen kön­ nen, da das Hydraulikfluid durch das geschlossene Rückschlagventil an einem Entweichen gehindert ist. Auch hierbei wirkt sich die direkte Einbindung des Steuerventils in das zylinderförmige Gehäuse positiv aus.

In Weiterbildung der Erfindung zweigt eine Hydraulikfluid-Zuführlei­ tung von einer Schmierstelle einer Lagerstelle ab. Dabei ist in weite­ rer Ausgestaltung vorgesehen, dass eine Abflussleitung zurück in die Lagerstelle geleitet wird. Durch diese Ausbildung ist die gesamte Verstellvorrichtung problemlos auch nachträglich in eine bestehende Brennkraftmaschine integrierbar und es werden keine besonderen Anforderungen an das Hydraulikfluid, das entsprechend dieser Aus­ bildung das Schmieröl dieser Brennkraftmaschine ist, gestellt. Eine zusätzliche Hydraulikfluid-Versorgung mit einer eigenen Pumpe und einem eigenen Tank sowie den erforderlichen Leitungen entfällt.

Weitere vorteilhafte Ausgestaltungen der Erfindung sind der Zeich­ nungsbeschreibung zu entnehmen, in der ein Ausführungsbeispiel näher beschrieben ist.

Es zeigen:

Fig. 1 einen Querschnitt durch die Verstellvorrichtung,

Fig. 2 einen Schnitt A-A gemäß Fig. 1 und

Fig. 3 eine Detailansicht des Steuerventils.

Die Verstellvorrichtung 1 für die Verschwenkung einer Nockenwelle 2 weist ein zylinderförmiges Gehäuse 3 auf, an dem ein Zahnkranz 4 Fig. 2 befestigt oder angeformt ist. Dieser Zahnkranz 4 wird von der Kurbelwelle direkt oder unter Einfügung eines Übertragungsgetriebes mit halber Kurbelwellendrehzahl angetrieben und dreht somit eben­ falls die Nockenwelle 2 mit halber Kurbelwellendrehzahl. Um insbe­ sondere beim Kaltstart der Brennkraftmaschine zur Verminderung des Weißrauchs einen früheren Förderbeginn der Einspritzpumpenele­ mente, die neben den Gaswechselventilen ebenfalls von Nocken der Nockenwelle 2 betätigt werden, einstellen zu können, ist die Verstell­ vorrichtung 1 als Zweipunkt-Förderbeginnversteller ausgefegt.

Dazu weist die Verstellvorrichtung 1 ein in das Gehäuse 3 einge­ setztes Schwenkteil 5 auf, das mit der Nockenwelle 2 drehfest ver­ bunden ist. Das Schwenkteil 5 weist gegenüber dem Gehäuse 3 erste Arbeitsräume 6a und zweite Arbeitsräume 6b auf, die wechselweise mit Hydraulikfluid befüllt werden können. In dem Ausführungsbeispiel nach Fig. 2 sind die ersten Arbeitsräume 6a mit Hydraulikfluid gefüllt und dementsprechend die zweiten Arbeitsräume 6b durch Anlage des Schwenkteils 5 an dem Gehäuse 3 minimiert bzw. auf null verringert. In die ersten Arbeitsräume 6a münden ringförmig angeordnete Wei­ terführungskanäle 7a, während in die zweiten Arbeitsräume 6b Wei­ terführungskanäle 7b einmünden. Die Weiterführungskanäle 7a, 7b münden in jeweils separate Ringkanäle 8a, 8b, die in einen Wel­ lenfortsatz 9 der Nockenwelle eingelassen sind. Von diesen Ringka­ nälen 8a, 8b führen wiederum zwei separate Kanäle 10a, 10b zu einem zentral in den Wellenfortsatz eingesetzten Steuerventil 11 (s. auch Detailansicht in Fig. 3). Das Steuerventil weist einen Steuerven­ tilkörper 12 und einen darin axial verschiebbaren Steuerkolben 13 auf. Der Steuerkolben 13 stützt sich einseitig gegen eine Feder 16 an einem Steuerventilkörperdeckel 14 ab und kann von einem Elektro­ magneten 15 von der dargestellten Position gegen die Kraft der Feder 16 zur Anlage auf dem Steuerventilkörperdeckel 14 axial bewegt werden. Dazu wird der Elektromagnet 15, der in den Räderkasten eingesetzt ist, über elektrische Leitungen 17 aktiviert, so dass er den Steuerkolben 13 durch den Aufbau eines elektrischen Felds von der dargestellten Endlage in die zweite Endlage bewegt. Von einer La­ gerstelle 18 der Nockenwelle 2 bzw. des Wellenfortsatzes 9 führt eine Hydraulikfluid-Zuführleitung 19 zu dem Steuerventilkörper 12 und von diesem über einen Hydraulikfluid-Zulauf 20 in einen zentralen Längs­ kanal 21 des Steuerkolben 13. Dabei ist diese Hydraulikfluid-Verbin­ dung in allen Positionen des Steuerkolbens 13 uneingeschränkt offen. Von dem Längskanal 21 strömt das Hydraulikfluid über ein Rück­ schlagventil 22 in einen Hydraulikfluid-Steuerkanal 23 in den Steuer­ kolben 13, der je nach Stellung des Steuerkolbens 13 mit unter­ schiedlichen Weiterführungsleitungen 24a, 24b in dem Steuerventil­ körper 12 verschaltet ist. Diese Weiterführungsleitungen 24a, 24b stehen wiederum mit den Kanälen 10a bzw. 10b in Strömungsverbin­ dung, so dass je nach Stellung des Steuerkolbens 13 die ersten Ar­ beitsräume 6a oder die zweiten Arbeitsräume 6b mit Hydraulikfluid befüllt werden. Trotz der durch die von den Einspritzpumpenelemen­ ten und/oder den Gaswechselventilen auf die Nockenwelle 2 ausge­ übten Kräfte und die dadurch von der Nockenwelle 2 auf die Ver­ stellvorrichtung einwirkenden Wechselmomente ist der übliche Druck des Schmierölsystems der Brennkraftmaschine ausreichend, um die Verstellvorrichtung zu betätigen. Durch die Wechselmomente "pum­ pen" sich die ersten Arbeitsräume 6a oder die zweiten Arbeitsräume 6b - je nach Stellung des Steuerkolbens 13 - auf, da das Hydraulik­ fluid über das Rückschlagventil 22 in die entsprechenden ersten oder zweiten Arbeitsraum 6a, 6b hineinströmen, nicht aber wieder hinaus­ strömen kann.

Im dargestellten Ausführungsbeispiel ist der Hydraulikfluid-Ablauf 23 mit der Weiterführungsleitung 24a, die in die ersten Arbeitsräume 6a einmündet, verschaltet. In dieser Arbeitsstellung des Steuerkolbens 13 sind die zweiten Arbeitsräume 6b nach wie vor mit der Weiterfüh­ rungsleitung 24b verschaltet, wobei diese über einen Strömungskanal 25 in dem Steuerventil 11 mit einer Abflussleitung 26, die wieder zu der Lagerstelle 18 führt, verschaltet ist.

Claims (7)

1. Verstellvorrichtung für die Verschwenkung einer Welle gegen­ über einer Antriebsvorrichtung, wobei die Verstellvorrichtung ein zy­ linderförmiges Gehäuse aufweist, in das ein Schwenkteil eingesetzt ist, das gegenüber dem Gehäuse ringförmig angeordnete erste und zweite Arbeitsräume aufweist, denen von einer Steuervorrichtung ge­ steuert wechselweise Hydraulikfluid zuführbar ist, wobei bei Befüllung der ersten Arbeitsräume eine erste Verschwenkstellung und bei Be­ füllung der zweiten Arbeitsräume eine zweite Verschwenkstellung ein­ gestellt ist, dadurch gekennzeichnet, dass die Steuereinrichtung ein elektrisch betätigtes Steuerventil (11) für das Hydraulikfluid ist, und dass das Steuerventil (11) in die Verstellvorrichtung (1) integriert ist.

2. Verstellvorrichtung nach Anspruch 1, dadurch gekennzeichnet, dass das zylinderförmige Gehäuse (3) einen Zahnkranz (4) aufweist und dass die Welle eine Nockenwelle (2) ist.

3. Verstellvorrichtung nach Anspruch 2, dadurch gekennzeichnet, dass das Schwenkteil (5) mit der Nocken­ welle (2) verbunden ist.

4. Verstellvorrichtung nach einem der vorherigen Ansprüche, dadurch gekennzeichnet, dass das Steuerventil (11) einen Steuerkol­ ben (13) aufweist, der entgegen der Kraft einer Feder (16) elektro­ magnetisch betätigt axial verschiebbar ist, dass der Steuerkolben (13) einen Hydraulikfluid-Steuerkanal (23) aufweist, wobei der Hy­ draulikfluid-Steuerkanal (23) je nach Endlage des Steuerkolbens (13) mit unterschiedlichen Weiterführungsleitungen (24a, 24b) verschaltet ist, die jeweils mit den ersten beziehungsweise zweiten Arbeitsräu­ men (5a, 5b) strömungsmechanisch verschaltet sind.

5. Verstellvorrichtung nach Anspruch 4, dadurch gekennzeichnet, dass in den Steuerkolben (13) ein Rück­ schlagventil (22) eingesetzt ist, das strömungsmechanisch in einen Längskanal (21) vor den Hydraulikfluid-Steuerkanal (23) geschaltet ist.

6. Verstellvorrichtung nach einem der Ansprüche 4 oder 5, dadurch gekennzeichnet, dass eine Hydraulikfluid-Zuführleitung (19) von einer Schmierstelle einer Lagerstelle (18) abzweigt.

7. Verstellvorrichtung nach einem der Ansprüche 4 bis 6, dadurch gekennzeichnet, dass eine Abflussleitung (26) zurück in die Lagerstelle (18) geleitet ist.