DE102005044809A1

DE102005044809A1 - Nockenwellenstellvorrichtung

Info

Publication number: DE102005044809A1
Application number: DE200510044809
Authority: DE
Inventors: Jens Dipl.-Ing. Meintschel; Thomas Dipl.-Ing. Stolk; Alexander Von Dipl.-Ing. Gaisberg-Helfenberg
Original assignee: DaimlerChrysler AG
Current assignee: Mercedes Benz Group AG
Priority date: 2005-09-20
Filing date: 2005-09-20
Publication date: 2007-03-29
Also published as: WO2007033737A1

Abstract

Die Erfindung geht aus von einer Nockenwellenvorrichtung mit einer Arretiereinheit (10), die zumindest eine einem ersten Modus zugeordnete erste Arretierstellung (11) aufweist. DOLLAR A Es wird vorgeschlagen, dass die Arretiereinheit (10) neben der dem ersten Modus zugeordneten ersten Arretierstellung (11) zumindest eine einem zweiten Modus zugeordnete zweite Arretierstellung (12) aufweist.

Description

Die Erfindung betrifft eine Nockenwellenstellvorrichtung nach dem Oberbegriff des Patentanspruchs 1.

Aus der DE 100 06 349 C2 ist eine gattungsgemäße Nockenwellenstellvorrichtung mit einer Arretiereinheit bekannt, die eine einem Startmodus zugeordnete Arretierstellung aufweist.

Der Erfindung liegt insbesondere die Aufgabe zugrunde, eine gattungsgemäße Nockenwellenstellvorrichtung mit verbesserten Betriebskenngrößen bereitzustellen. Die Aufgabe wird gelöst durch die Merkmale des Patentanspruchs 1, wobei weitere Ausgestaltungen der Erfindung den Unteransprüchen entnommen werden können.

Die Erfindung geht aus von einer Nockenwellenstellvorrichtung mit einer Arretiereinheit, die zumindest eine einem ersten Modus zugeordnete erste Arretierstellung aufweist.

Es wird vorgeschlagen, dass die Arretiereinheit neben der dem ersten Modus zugeordneten ersten Arretierstellung zumindest eine einem zweiten Modus zugeordnete zweite Arretierstellung aufweist. Die verschiedenen Arretierstellungen können vorteilhaft auf die unterschiedlichen Modi angepasst werden, und es können verbesserte Betriebkenngrößen, wie Startzeiten, Verbrauchswerte, Abgaswerte usw., erzielt werden.

Besonders vorteilhaft ist zumindest eine Arretierstellung wenigstens einem Startmodus zugeordnet, so dass speziell in einer Betriebsphase, in der insbesondere noch kein ausreichender Öldruck zur hydraulischen Regelung eines Nockenwellenphasenwinkels vorliegt, vorteilhafte Betriebskenngrößen erzielt werden können. Dabei kann vorteilhaft für eine Startbetriebsphase, in der sämtliche Zylinder einer Brennkraftmaschine das erste Mal gezündet werden, vorzugsweise eine erste Arretierstellung vorgesehen sein, in der eine optimale, insbesondere maximale Befüllung der Zylinder realisierbar ist, wodurch besonders kurze Startzeiten und auch ein vorteilhaftes Startverhalten bei niedrigen Temperaturen erreicht werden können. Für daran anschließende Startbetriebsphasen können eine oder mehrere weitere Arretierstellungen vorgesehen sein, in denen vorteilhafte Verbrauchswerte und/oder Abgaswerte erzielt werden können. Ferner kann insbesondere einem Startmodus zumindest eine Arretierstellung zugeordnet werden, die von einer einem Notlaufmodus zugeordneten Arretierstellung abweicht, so dass in der dem Notlaufmodus zugeordneten Arretierstellung insbesondere ein Betrieb über einen gesamten Drehzahlbereich der Brennkraftmaschine und in der dem Startmodus zugeordneten Arretierstellung ein vorteilhafter Start der Brennkraftmaschine erreicht werden kann.

In einer weiteren Ausgestaltung wird vorgeschlagen, dass die Arretiereinheit dazu vorgesehen ist, zumindest eine der Arretierstellungen, insbesondere eine einem Notlaufmodus zugeordnete Arretierstellung, passiv zu aktivieren. Unter „vorgesehen" soll stets insbesondere speziell ausgestattet, ausgelegt und/oder gegebenenfalls programmiert verstanden werden. Ferner soll insbesondere unter einer „passiven Aktivierung" ver standen werden, dass eine Verstellung in die Arretierstellung insbesondere bei abgeschalteter Brennkraftmaschine und/oder bei unterbrochener Stromversorgung ermöglicht wird, wie insbesondere durch einen Energiespeicher. Der Energiespeicher kann dabei von verschiedenen, dem Fachmann als sinnvoll erscheinenden Einheiten gebildet sein, wie beispielsweise von einem Druckspeicher und/oder besonders vorteilhaft von einem Federelement, das besonders kostengünstig und Platz sparend integriert werden kann.

Ferner wird vorgeschlagen, dass die Arretiereinheit wenigstens ein zumindest doppelwirkendes Arretiermittel aufweist, wodurch zusätzliche Bauteile, Bauraum, Gewicht, Montageaufwand und Kosten eingespart werden können. Unter „zumindest doppelwirkend" soll dabei insbesondere verstanden werden, dass das Arretiermittel zumindest zur Realisierung von zwei Arretierstellungen genutzt werden kann, und zwar insbesondere, indem dieses in zumindest zwei unterschiedliche Richtungen zur Erzielung der Arretierstellungen bewegt werden kann.

Weist die Nockenwellenstellvorrichtung zumindest einen elektrischen Aktuator auf, der zum Betätigen zumindest eines Arretiermittels der Arretiereinheit vorgesehen ist, kann eine Betätigung des Arretiermittels vorteilhaft vollständig unabhängig von einem vorliegenden Öldruck realisiert werden. Dabei sollen unter einem elektrischen Aktuator insbesondere sowohl elektromagnetische als auch elektromotorische Aktuatoren verstanden werden.

Ist der elektrische Aktuator einstückig mit einem Stellaktuator zur Einstellung, insbesondere zur Regelung, eines Nockenwellenphasenwinkels ausgeführt, können wiederum zusätzliche Bauteile, Bauraum, Gewicht, Montageaufwand und Kosten eingespart werden.

In einer weiteren erfindungsgemäßen Ausgestaltung wird vorgeschlagen, dass die Nockenwellenstellvorrichtung wenigstens ein von einem Federelement gebildetes Koppelmittel aufweist, das zur Kopplung des Aktuators mit einem Arretiermittel vorgesehen ist, so dass zumindest eine durch eine elastische Verformung des Federelements bedingte, vorteilhafte Bewegungsentkopplung zwischen dem Aktuator und dem Arretiermittel realisiert und/oder das Federelement zusätzlich als Energiespeicher genutzt werden kann.

Weist die Nockenwellenstellvorrichtung wenigstens ein Entkopplungsmittel auf, das zur Entkopplung des Aktuators vom Arretiermittel vorgesehen ist, kann der Aktuator in zumindest einem Betriebsmodus unabhängig vom Arretiermittel energetisch vorteilhaft für eine andere Funktion, wie insbesondere für eine Steuer- und/oder Regelfunktion des Nockenwellenphasenwinkels, genutzt werden.

Ferner wird vorgeschlagen, dass die Arretiereinheit ein von einer Tellerfeder gebildetes Federelement aufweist, das zur Belastung wenigstens eines Arretiermittels vorgesehen ist. Ein entsprechendes Federelement kann Platz sparend integriert und/oder kann vorteilhaft als Koppelmittel und/oder vorteilhaft zur Belastung mehrerer Arretiermittel genutzt werden.

Weist die Nockenwellenstellvorrichtung wenigstens ein Federelement auf, das dazu vorgesehen ist, wenigstens ein Arretiermittel mit seiner Federkraft aus wenigstens einer Arretierstellung in eine Freigabestellung zu bewegen, kann eine vorteilhafte, zumindest teilweise selbsttätige Entriegelung erzielt werden, insbesondere kann konstruktiv einfach eine Aufhebung einer einem Startmodus zugeordneten Arretierstellung erreicht werden.

Weitere Vorteile ergeben sich aus der folgenden Zeichnungsbeschreibung. In der Zeichnung ist ein Ausführungsbeispiel der Erfindung dargestellt. Die Beschreibung und die Ansprüche enthalten zahlreiche Merkmale in Kombination. Der Fachmann wird die Merkmale zweckmäßigerweise auch einzeln betrachten und zu sinnvollen weiteren Kombinationen zusammenfassen.

Dabei zeigen:
1 einen schematisiert dargestellten Längsschnitt durch eine Nockenwellenstellvorrichtung bei abgeschalteter Brennkraftmaschine bzw. einem Notlaufmodus,
2 die Nockenwellenstellvorrichtung aus 1 in einem Startmodus und
3 die Nockenwellenstellvorrichtung aus 1 in einem Regelmodus.
1 zeigt eine Nockenwellenstellvorrichtung mit einem Rotorgehäuse 17, das über nicht näher dargestellte Befestigungsmittel drehfest mit einem Kettenrad 18 und einem Deckel 19 verbunden ist. Im eingebauten Zustand ist das Kettenrad 18 über eine nicht näher dargestellte Antriebskette mit einer Kurbelwelle antriebstechnisch verbunden. Zwischen dem Deckel 19 und dem Kettenrad 18 ist ein in axialer Richtung zweigeteiltes Statorgehäuse 20 angeordnet, relativ zu dem das Rotorgehäuse 17 hydraulisch in Umfangsrichtung zur Einstellung eines Nockenwellenphasenwinkels antreibbar ist. Das Statorgehäuse 20 ist drehfest mit einer Nockenwelle 21 verbunden, auf der das Kettenrad 18 mit seinem Innenumfang drehbar gelagert ist.
Ferner weist die Nockenwellenstellvorrichtung eine Arretiereinheit 10 auf, die eine einem ersten Modus, und zwar einem Notlaufmodus, zugeordnete erste Arretierstellung 11 und eine einem zweiten Modus, und zwar einem Startmodus, zugeordnete zweite, sich von der ersten unterscheidende Arretierstellung 12 aufweist (1 und 2).
Die Arretiereinheit 10 weist hierfür ein von einem Bolzen gebildetes doppelwirkendes Arretiermittel 13 auf, das sowohl zur Erzielung der ersten Arretierstellung 11 als auch zur Erzielung der zweiten Arretierstellung 12 vorgesehen ist. Das Arretiermittel 13 ist in axialer Richtung innerhalb des Statorgehäuses 20 verschiebbar gelagert und kann sowohl mit einem ersten, dem Kettenrad 18 zugewandten Ende mit einer an das Kettenrad 18 angeformten Arretierkontur 22 als auch mit einem zweiten, dem Deckel 19 zugewandten Ende mit einer an den Deckel 19 angeformten Arretierkontur 23 in Eingriff gebracht werden.
Das Arretiermittel 13 ist mit einem radial äußeren Ende eines von einem Federelement 15 gebildeten Koppelmittels gekoppelt, und zwar greift das Federelement 15 formschlüssig in eine Ausnehmung 31 des Arretiermittels 13. Das von einer Tellerfeder gebildete Federelement 15 ist zwischen einem ersten Teil 26 und einem zweiten Teil 27 des Statorgehäuses 20 angeordnet und ist im radial mittleren Bereich um einen an das zweite Teil 27 des Statorgehäuses 20 angeformten, axial in Richtung des ersten Teils 26 weisenden Fortsatz 28 schwenkbar gelagert. Mit einem radial inneren Ende ragt das Federelement 15 in ein von einer Ringnut gebildetes Langloch 16 des Regelventils 24. Zur Betätigung des Regelventils 24 weist die Nockenwellenstellvorrichtung einen elektromagnetischen Aktuator 14 auf, der mit einem Aktuatorstößel 25 mit einem der Nockenwelle 21 abgewandten Ende des Regelventils 24 gekoppelt ist. Auf einer dem elektromagnetischen Aktuator 14 bzw. dem Aktuatorstößel 25 abgewandten Seite des Regelventils 24 ist ein von einer Schraubendruckfeder gebildetes Federelement 29 angeordnet, das mit einem ersten Ende an der Nockenwelle 21 abgestützt ist und mit einem zweiten Ende mit einer Federkraft auf das Regelventil 24 in axialer Richtung zum elektromagnetischen Aktuator 14 wirkt.
Bei einer abgeschalteten Brennkraftmaschine mit einer entsprechenden Nockenwellenstellvorrichtung ist der elektromagnetische Aktuator 14 stromlos geschaltet und das Regelventil 24 ist durch die Federkraft des von der Schraubendruckfeder gebildeten Federelements 29 in seine der Nockenwelle 21 abgewandte Endstellung verschoben (1). Das von der Tellerfeder gebildete Federelement 15 liegt im Bereich seines dem Regelventil 24 zugewandten, radial inneren Endes mit einer der Nockenwelle 21 zugewandten Seite an einem der Nockenwelle 21 zugewandten Rand des Langlochs 16 des Regelventils 24 und mit einer der Nockenwelle 21 abgewandten Seite an dem ersten Teil 26 des Statorgehäuses 20 an. Mit dem dem Regelventil 24 abgewandten radial äußeren Ende ist das Federelement 15 in axialer Richtung zur Nockenwelle 21 bzw. zum Kettenrad 18 ausgelenkt und damit auch das Arretiermittel 13, das in die an das Kettenrad 18 angeformte Arretierkontur 22 eingerastet ist. Das Arretiermittel 13 befindet sich in seiner ersten Arretierstellung 11. In der ersten Arretierstellung 11 sind das Kettenrad 18 und die Nockenwelle 21 in einer Drehstellung zueinander fixiert, in der ein Betrieb über einen gesamten Drehzahlbereich der Brennkraftmaschine und auch ein Starten der Brennkraftmaschine möglich sind.
Wird die Brennkraftmaschine gestartet, wird das Regelventil 24 mittels des elektromagnetischen Aktuators 14 bzw. mittels des Aktuatorstößels 25 in seine der Nockenwelle 21 zugewandte Endstellung verschoben (2). Dabei kommt das von der Tellerfeder gebildete Federelement 15 mit seinem radial inneren Ende mit einem dem elektromagnetischen Aktuator 14 zugewandten Rand des Langlochs 16 in Anlage und wird vom Regelventil 24, angetrieben durch den elektromagnetischen Aktuator 14, in axialer Richtung zur Nockenwelle 21 bewegt. Dadurch bedingt schwenkt das radial äußere Ende des Federelements 15 in Richtung der an den Deckel 19 angeformten Arretierkontur 23, nimmt dabei das Arretiermittel 13 in Richtung des Deckels 19 mit und belastet das Arretiermittel 13 mit einer Federkraft in Richtung des Deckels 19. Durch Nockenwellenwechselmomente fängt das drehfest mit der Nockenwelle 21 gekoppelte Statorgehäuse 20 – und damit auch das Arretiermittel 13 – in Umfangsrichtung relativ zum Deckel 19 an, zu schwingen, so dass das Arretiermittel 13 in die an den Deckel 19 angeformte Arretierkontur 23 einrasten und seine zweite Arretierstellung 12 einnehmen kann. In der zweiten Arretierstellung 12 sind das Kettenrad 18 und die Nockenwelle 21 in einer von der ersten Drehstellung differierenden zweiten Drehstellung zueinander fixiert, in der beim Starten der Brennkraftmaschine eine maximale Füllung von Zylindern der Brennkraftmaschine ermöglicht wird. Alternativ oder zusätzlich zu der Ausnutzung von Nockenwellenwechselmomenten ist es auch denkbar, andere, dem Fachmann als sinnvoll erscheinende Kräfte und/oder Momente zu nutzen und/oder zusätzliche Mechanismen vorzusehen, um eine gewünschte Verstellung zu erreichen.
Ist die Brennkraftmaschine gestartet und liegt ein ausreichender Öldruck zur Regelung des Nockenwellenphasenwinkels vor, wird das Regelventil 24 in seinen Regelbereich, angetrieben durch den elektromagnetischen Aktuator 14, geführt, der zwischen den Endstellungen des Regelventils 24 liegt ( 3). Die Belastung des radial inneren Endes des von der Tellerfeder gebildeten Federelements 15 durch das Regelventil 24 in Richtung der Nockenwelle 21 wird aufgehoben, so dass sich das Federelement 15 entspannt. Dabei schwenkt das radial innere Ende des Federelements 15, angetrieben durch eine im Federelement 15 gespeicherte Federkraft, in die von der Nockenwelle 21 abgewandte Richtung, und das radial äußere Ende des Federelements 15 schwenkt in Richtung des Kettenrads 18, wodurch das Arretiermittel 13 aus seiner zweiten Arretierstellung 12 in seine Freigabestellung 30 zwischen den Arretierstellungen 11, 12 bewegt wird. Das Rotorgehäuse 17 und das Statorgehäuse 20 sind entriegelt.
Zum Regeln eines Öldrucks in den Druckkammern zwischen dem Rotorgehäuse 17 und dem Statorgehäuse 20 und damit zum Regeln des Nockenwellenphasenwinkels wird das Regelventil 24 in axialer Richtung, angetrieben durch den elektromagnetischen Aktuator 14, innerhalb des Regelbereichs bewegt, dessen Länge im Wesentlichen durch die axiale Länge des Langlochs 16 definiert ist. Das Langloch 16 dient damit als Entkopplungsmittel im Regelbetrieb zur Entkopplung des Regelventils 24 und des elektromagnetischen Aktuators 14 vom Arretiermittel 13 und der elektromagnetischen Aktuator 14 dient als Stellaktuator zur Einstellung eines Nockenwellenphasenwinkels.
Wird während des Betriebs eine Stromversorgung des elektromagnetischen Aktuators 14 unterbrochen, beispielsweise aufgrund eines Kabelbruchs oder möglicherweise aktiviert durch eine Steuer- und/oder Regeleinheit nach Erkennen eines zu geringen Öldruckniveaus zur Regelung des Nockenwellenphasenwinkels, wird die dem Notlaufmodus zugeordnete erste Arretierstellung 11 passiv aktiviert. Dabei wird das Regelventil 24, angetrieben durch die Federkraft des von der Schraubendruckfeder gebildeten, als Energiespeicher fungierenden Federelements 29, in seine der Nockenwelle 21 abgewandte Endstellung verschoben (1). Das radial innere Ende des von der Tel lerfeder gebildeten Federelements 15 kommt mit dem der Nockenwelle 21 zugewandten Rand des Langlochs 16 in Anlage und wird vom Regelventil 24 in die von der Nockenwelle 21 abgewandte Richtung mitgenommen. Dadurch bedingt schwenkt das radial äußere Ende des Federelements 15 in Richtung der an das Kettenrad 18 angeformten Arretierkontur 22, nimmt dabei das Arretiermittel 13 in Richtung des Kettenrads 18 mit und belastet das Arretiermittel 13 mit einer Federkraft in Richtung des Kettenrads 18. Durch Nockenwellenwechselmomente fängt das Statorgehäuse 20 – und damit auch das Arretiermittel 13 – in Umfangsrichtung relativ zum Kettenrad 18 an, zu schwingen, so dass das Arretiermittel 13 in die an das Kettenrad 18 angeformte Arretierkontur 22 einrasten und seine, einem Notlaufmodus zugeordnete erste Arretierstellung 11 einnehmen kann. Derselbe Vorgang findet auch beim Abschalten der Brennkraftmaschine statt.

10: Arretiereinheit
11: Arretierstellung
12: Arretierstellung
13: Arretiermittel
14: Aktuator
15: Federelement
16: Langloch
17: Rotorgehäuse
18: Kettenrad
19: Deckel
20: Statorgehäuse
21: Nockenwelle
22: Arretierkontur
23: Arretierkontur
24: Regelventil
25: Aktuatorstößel
26: Teil
27: Teil
28: Fortsatz
29: Federelement
30: Freigabestellung
31: Ausnehmung

Claims

Nockenwellenstellvorrichtung mit einer Arretiereinheit (10), die zumindest eine einem ersten Modus zugeordnete erste Arretierstellung (11) aufweist, dadurch gekennzeichnet, dass die Arretiereinheit (10) neben der dem ersten Modus zugeordneten ersten Arretierstellung (11) zumindest eine einem zweiten Modus zugeordnete zweite Arretierstellung (12) aufweist.
Nockenwellenstellvorrichtung nach Anspruch 1, dadurch gekennzeichnet, dass zumindest eine der Arretierstellungen (12) einem Startmodus zugeordnet ist.
Nockenwellenstellvorrichtung nach Anspruch 1 oder 2, dadurch gekennzeichnet, dass die Arretiereinheit (10) dazu vorgesehen ist, zumindest eine der Arretierstellungen (11) passiv zu aktivieren.
Nockenwellenstellvorrichtung nach einem der vorhergehenden Ansprüche, dadurch gekennzeichnet, dass die Arretiereinheit (10) wenigstens ein zumindest doppelwirkendes Arretiermittel (13) aufweist.
Nockenwellenstellvorrichtung nach einem der vorhergehenden Ansprüche, gekennzeichnet durch zumindest einen elektrischen Aktuator (14), der zum Betätigen zumindest eines Arretiermittels (13) der Arretiereinheit (10) vorgesehen ist.
Nockenwellenstellvorrichtung nach einem der vorhergehenden Ansprüche, dadurch gekennzeichnet, dass der elektrische Aktuator (14) einstückig mit einem Stellaktuator zur Einstellung eines Nockenwellenphasenwinkels ausgeführt ist.
Nockenwellenstellvorrichtung nach Anspruch 5 oder 6, gekennzeichnet durch wenigstens ein von einem Federelement (15) gebildetes Koppelmittel, das zur Kopplung des Aktuators (14) mit einem Arretiermittel (13) vorgesehen ist.
Nockenwellenstellvorrichtung zumindest nach Anspruch 5, gekennzeichnet durch wenigstens ein Entkopplungsmittel, das zur Entkopplung des Aktuators (14) vom Arretiermittel (13) vorgesehen ist.
Nockenwellenstellvorrichtung nach einem der vorhergehenden Ansprüche, dadurch gekennzeichnet, dass die Arretiereinheit (10) ein von einer Tellerfeder gebildetes Federelement (15) aufweist, das zur Belastung wenigstens eines Arretiermittels (13) vorgesehen ist.
Nockenwellenstellvorrichtung nach einem der vorhergehenden Ansprüche, gekennzeichnet durch wenigstens ein Federelement (15), das dazu vorgesehen ist, wenigstens ein Arretiermittel (13) mit seiner Federkraft aus wenigstens einer Arretierstellung (12) in eine Freigabestellung (30) zu bewegen.