DE102009051309B4

DE102009051309B4 - Vorrichtung zur variablen Einstellung der Steuerzeiten von Gaswechselventilen einer Brennkraftmaschine

Info

Publication number: DE102009051309B4
Application number: DE102009051309.4A
Authority: DE
Inventors: Jochen Auchter
Original assignee: Schaeffler Technologies AG and Co KG
Current assignee: Schaeffler Technologies AG and Co KG
Priority date: 2009-10-29
Filing date: 2009-10-29
Publication date: 2021-12-02
Anticipated expiration: 2029-10-30
Also published as: DE102009051309A1

Abstract

Vorrichtung (11) zur variablen Einstellung der Steuerzeiten von Gaswechselventilen (9, 10) einer Brennkraftmaschine (1) mit- einer Nockenwelle (6, 7) und einer Phasenstelleinrichtung (12) mit einem Abtriebselement (15), das drehfest mit der Nockenwelle (6, 7) verbunden ist,- wobei das Abtriebselement (15) eine Zentralöffnung (13) aufweist, die von der Nockenwelle (6, 7) durchgriffen wird, wobei eine Innenmantelfläche der Zentralöffnung (13) einer Außenmantelfläche der Nockenwelle (6, 7) angepasst ist,- wobei die Nockenwelle (6, 7) auf der einen Seite der Phasenstelleinrichtung (12) ein Anschlagselement (23) aufweist, das separat zu der Nockenwelle (6, 7) hergestellt und drehfest mit dieser verbunden ist,- wobei an der Nockenwelle (6, 7) auf der anderen Seite der Phasenstelleinrichtung (12) eine Befestigungsstruktur (29) ausgebildet ist, mittels der ein Befestigungselement (24) an der Nockenwelle (6, 7) befestigt ist,- wobei das Anschlagselement (23) die Zentralöffnung (13) zumindest bereichsweise in radialer Richtung überragt und- wobei eine axiale Seitenfläche des Abtriebselements (15) mit dem Anschlagselement (23) und die andere axiale Seitenfläche des Abtriebselements (15) mit dem Befestigungselement (24) axial verspannt ist.

Description

Gebiet der Erfindung
Die Erfindung betrifft eine Vorrichtung zur variablen Einstellung der Steuerzeiten von Gaswechselventilen einer Brennkraftmaschine mit einer Nockenwelle und einer Phasenstelleinrichtung mit einem Abtriebselement, das drehfest mit der Nockenwelle verbunden ist.
Hintergrund der Erfindung
In modernen Brennkraftmaschinen werden Vorrichtungen zur variablen Einstellung der Steuerzeiten von Gaswechselventilen eingesetzt, um die Phasenrelation zwischen Kurbelwelle und Nockenwelle in einem definierten Winkelbereich, zwischen einer maximalen Früh- und einer maximalen Spätposition, variabel gestalten zu können. Die Vorrichtung ist drehfest mit einer Nockenwelle verbunden und weist eine Phasenstelleinrichtung auf, mittels derer eine Phasenrelation zwischen der Kurbelwelle und der Nockenwelle gezielt verändert werden kann. Die Phasenstelleinrichtung kann beispielsweise als hydraulische Phasenstelleinrichtung mit zumindest einer Druckkammer ausgeführt sein, wobei die Phasenrelation zwischen Kurbelwelle und Nockenwelle durch Druckmittelzufuhr zu bzw. Druckmittelabfluss von der Druckkammer eingestellt werden kann. Alternativ können elektromechanische Phasenstelleinrichtungen vorgesehen sein, die ein Dreiwellengetriebe aufweisen und beispielsweise aus der DE 10 2004 038 681 A1 bekannt sind. Die Phasenstelleinrichtung ist in einen Antriebsstrang integriert, über welchen Drehmoment von der Kurbelwelle auf die Nockenwelle übertragen wird. Dieser Antriebsstrang kann beispielsweise als Riemen-, Ketten- oder Zahnradtrieb realisiert sein.
Eine derartige Vorrichtung ist beispielsweise aus der DE 199 55 507 A1 bekannt. Die Vorrichtung umfasst eine hydraulische Phasenstelleinrichtung, die an einer Nockenwelle befestigt ist. Dabei durchgreift ein Schraubenschaft eine Zentralöffnung der Phasenstelleinrichtung. An dem Schraubenschaft ist einerseits der Phasenstelleinrichtung ein Flanschteil vorgesehen, an dem eine axiale Seitenfläche eines Abtriebselements der Phasenstelleinrichtung anliegt. An der anderen Seite der Phasenstelleinrichtung ist an dem Schraubenschaft ein Gewindeabschnitt ausgeformt, an dem eine Mutter befestigt ist. Mittels der Mutter ist das Abtriebselement mit dem Flanschteil verspannt. Der Schraubenschaft ist einteilig mit der Nockenwelle ausgebildet. Alternativ kann ein separater Schraubenschaft vorgesehen und mit einer rohrförmig ausgebildeten Nockenwelle verbunden sein.
Die DE 198 48 706 A1 zeigt eine Vorrichtung zur Relativverdrehung einer Nockenwelle gegenüber einer diese Nockenwelle antreibenden Kurbelwelle einer Brennkraftmaschine, wobei die Vorrichtung an dem in einen Kettenschacht des Zylinderkopfes der Brennkraftmaschine hineinragenden, antriebsseitigen Ende der Nockenwelle angeordnet ist und als hydraulischer Stellantrieb ausgebildet ist.
Aufgabe der Erfindung
Der vorliegenden Erfindung liegt die Aufgabe zugrunde, eine zuverlässige Vorrichtung mit geringem Herstellungsaufwand und geringen Herstellungskosten anzugeben.
Zusammenfassung der Erfindung
Die Aufgabe wird erfindungsgemäß durch eine Vorrichtung zur variablen Einstellung der Steuerzeiten von Gaswechselventilen einer Brennkraftmaschine mit einer Nockenwelle und einer Phasenstelleinrichtung mit einem Abtriebselement, das drehfest mit der Nockenwelle verbunden ist, gelöst, wobei das Abtriebselement eine Zentralöffnung aufweist, die von der Nockenwelle durchgriffen wird, wobei eine Innenmantelfläche der Zentralöffnung einer Außenmantelfläche der Nockenwelle angepasst ist, wobei die Nockenwelle auf der einen Seite der Phasenstelleinrichtung ein Anschlagselement aufweist, das separat zu der Nockenwelle hergestellt und drehfest mit dieser verbunden ist, wobei an der Nockenwelle auf der anderen Seite der Phasenstelleinrichtung eine Befestigungsstruktur ausgebildet ist, mittels der ein Befestigungselement an der Nockenwelle befestigt ist, wobei das Anschlagselement die Zentralöffnung zumindest bereichsweise in radialer Richtung überragt und wobei eine axiale Seitenfläche des Abtriebselements mit dem Anschlagselement und die andere axiale Seitenfläche des Abtriebselements mit dem Befestigungselement axial verspannt ist.
Die Vorrichtung umfasst zumindest eine Phasenstelleinrichtung und eine Nockenwelle. Die Phasenstelleinrichtung wird von einer Kurbelwelle der Brennkraftmaschine angetrieben und weist ein Abtriebselement auf, welches drehfest mit der Nockenwelle verbunden ist. Mittels der Phasenstelleinrichtung kann eine Phasenlage der Nockenwelle relativ zur Kurbelwelle veränderlich eingestellt werden. Zu diesem Zweck weist die Phasenstelleinrichtung beispielsweise eine hydraulische Stelleinrichtung mit Druckkammern, wie beispielsweise in der DE 199 55 507 A1 beschrieben, oder eine elektromechanische Stelleinrichtung mit einem Dreiwellengetrieb, wie beispielsweise in der DE 10 2004 038 681 A1 beschrieben, auf.
Das Abtriebselement weist eine Zentralöffnung auf, die von der Nockenwelle durchgriffen wird. Dabei ist eine Außenmantelfläche der Nockenwelle einer Innenmantelfläche des Abtriebselements angepasst, so dass das Abtriebselement zentriert und in Umfangsrichtung positionierbar auf die Nockenwelle aufgebracht werden kann. Das Abtriebselement liegt in axialer Richtung an einem Anschlagselement an, welches separat zu der Nockenwelle hergestellt und drehfest mit dieser verbunden ist. Das Anschlagselement kann beispielsweise an einer Außenmantelfläche der Nockenwelle befestigt sein. Die Verbindung zwischen dem Anschlagselement und der Nockenwelle kann kraft-, form- oder stoffschlüssiger Natur sein. Beispielsweise kann eine Schweißverbindung oder eine Presspassung vorgesehen sein.
Durch die separate Ausbildung des Anschlagselements sinkt der Herstellungsaufwand der üblicherweise geschmiedeten oder gegossenen Nockenwelle. Darüber hinaus können rohrförmige, gebaute Nockenwellen Einsatz finden, ohne dass ein massives und kostenintensives Endstück, wie in der DE 199 55 507 A1 beschrieben, benötigt wird.
An der anderen axialen Seitenfläche des Abtriebselements liegt ein Befestigungselement an, welches mittels einer an der Nockenwelle ausgebildeten Befestigungsstruktur an dieser befestigt ist. Die Befestigungsstruktur kann beispielsweise als Gewinde ausgebildet sein, in das ein Gewinde des Befestigungselements, beispielsweise einer Spannmutter, eingreift. Alternativ kann das Befestigungselement mittels eines Bajonettverschlusses an der Nockenwelle befestigt sein.
Das Anschlagselement, das Abtriebselement und das Befestigungselement sind derart ausgebildet und angeordnet, dass ein axialer Pressverband Befestigungselement - Abtriebselement - Anschlagelement ausgebildet und somit das Abtriebselement drehfest an der Nockenwelle befestigt ist. Dabei kann vorgesehen sein, dass in dem Axialverband Befestigungselement - Abtriebselement - Anschlagselement ein Federmittel vorgesehen ist, das beispielsweise einteilig mit dem Befestigungselement ausgebildet ist. Somit können Setzverluste, die beispielsweise zwischen dem Befestigungselement und der Befestigungsstruktur der Nockenwelle entstehen ausgeglichen werden.
Figurenliste
Weitere Merkmale der Erfindung ergeben sich aus der nachfolgenden Beschreibung und aus den Zeichnungen in denen Ausführungsbeispiele der Erfindung vereinfacht dargestellt sind. Es zeigen:

1 nur sehr schematisch eine Brennkraftmaschine,
2 einen Querschnitt durch eine erste Ausführungsform einer erfindungsgemäßen Vorrichtung zur variablen Einstellung der Steuerzeiten von Gaswechselventilen einer Brennkraftmaschine,
3 einen Längsschnitt durch die Vorrichtung aus 2 entlang der Linie III-III,
4 einen Längsschnitt durch eine weitere erfindungsgemäße Ausführungsform einer Vorrichtung analog zu der Darstellung in 3.

Ausführliche Beschreibung der Zeichnungen
In 1 ist schematisch eine Brennkraftmaschine 1 skizziert, wobei ein auf einer Kurbelwelle 2 sitzender Kolben 3 in einem Zylinder 4 angedeutet ist. Die Kurbelwelle 2 steht in der dargestellten Ausführungsform über je einen Zugmitteltrieb 5 mit einer Einlassnockenwelle 6 bzw. Auslassnockenwelle 7 in Verbindung, wobei eine erste und eine zweite Phasenstelleinrichtung 12 zur variablen Einstellung der Steuerzeiten von Gaswechselventilen 9, 10 für eine Relativdrehung zwischen Kurbelwelle 2 und den Nockenwellen 6, 7 sorgen können. Nocken 8 der Nockenwellen 6, 7 betätigen ein oder mehrere Einlassgaswechselventile 9 bzw. ein oder mehrere Auslassgaswechselventile 10.
Die 2 und 3 zeigen eine erste Ausführungsform einer Vorrichtung 11 im Quer- bzw. im Längsschnitt. Die Vorrichtung 11 umfasst eine Phasenstelleinrichtung 12 und eine rohrförmige Nockenwelle 6, 7. Die Phasenstelleinrichtung 12 weist ein Antriebselement 14, ein Abtriebselement 15 und zwei Seitendeckel 16, 17 auf, die an den axialen Seitenflächen des Antriebselements 14 angeordnet und mittels Schrauben an diesem befestigt sind. Das Abtriebselement 15 ist in Form eines Flügelrades ausgeführt und weist ein im Wesentlichen zylindrisch ausgeführtes Nabenelement 18 auf, von dessen äußerer zylindrischer Mantelfläche sich in der dargestellten Ausführungsform fünf Flügel 19 in radialer Richtung nach außen erstrecken.
Ausgehend von einer äußeren Umfangswand 20 des Antriebselements 14 erstrecken sich fünf Vorsprünge 21 radial nach innen. In der dargestellten Ausführungsform sind die Vorsprünge 21 und die Flügel 19 einteilig mit der Umfangswand 20 bzw. dem Nabenelement 18 ausgebildet. Das Antriebselement 14 ist mittels radial innen liegender Umfangswände der Vorsprünge 21 relativ zu dem Abtriebselement 15 drehbar auf diesem gelagert.
An einer äußeren Mantelfläche des Antriebselements 14 ist ein Kettenrad 22 ausgebildet, über das mittels eines nicht dargestellten Kettentriebs Drehmoment von der Kurbelwelle 2 auf das Antriebselement 14 übertragen werden kann. Das Abtriebselement 15 weist eine Zentralöffnung 13 auf, die von der Nockenwelle 6,7 durchgriffen wird. Dabei liegt eine axiale Seitenfläche des Abtriebselements 15 an einer axialen Seitenfläche eines Anschlagselements 23 an, das separat zu der Nockenwelle 6, 7 hergestellt und drehfest an dieser befestigt ist. Das Anschlagselement 23 ist ringförmig mit einer zentralen Öffnung ausgebildet, die von der Nockenwelle 6, 7 durchgriffen wird. Die Verbindung zwischen dem Anschlagselement 23 und der Nockenwelle 6, 7 ist mittels einer Presspassung realisiert.
Die andere axiale Seitenfläche des Abtriebselements 15 liegt an einer Seitenfläche eines Befestigungselements an, das in der dargestellten Ausführungsform als Spannmutter 24 ausgeführt ist. Die Spannmutter 24 ist drehfest mit der Nockenwelle 6, 7 verbunden. Zu diesem Zweck ist an dem Bereich der Nockenwelle 6, 7, der auf der dem Anschlagselement 23 abgewandten Seite des Abtriebselements 15 aus diesem herausragt, eine Befestigungsstruktur 29, in der dargestellten Ausführungsform ein Außengewinde, ausgebildet. In das Außengewinde greift ein an der Spannmutter 24 ausgebildetes Innengewinde ein, so dass die Spannmutter 24 drehfest mit der Nockenwelle 6, 7 verbunden ist. Die Spannmutter 24, das Abtriebselement 15, die Nockenwelle 6, 7 und das Anschlagselement 23 sind derart ausgebildet, dass im montierten Zustand das Abtriebselement 15 zwischen der Spannmutter 24 und dem Anschlagselement 23 angeordnet und axial eingespannt ist, so dass eine drehfest Verbindung mit der Nockenwelle 6, 7 hergestellt ist.
Während der Montage der Vorrichtung 11 wird zunächst das Anschlagselement 23 an der Nockenwelle 6, 7 befestigt. Anschließend wird die Phasenstelleinrichtung 12 auf die Nockenwelle 6, 7 aufgeschoben, bis eine axiale Seitenfläche des Abtriebselements 15 in Anlage an das Anschlagselement 23 kommt. Gleichzeitig durchgreift die Nockenwelle 6, 7 die Zentralöffnung 13 des Abtriebselements 15, wobei die Außenmantelfläche der Nockenwelle 6, 7 in diesem Bereich der Innenmantelfläche des Abtriebselements 15 angepasst ist, so dass dieses radial zentriert wird. Dabei sind die Innen- und Außenmantelflächen derart ausgebildet, dass das Abtriebselement 15 relativ zu der Nockenwelle 6, 7 verdrehbar ist. In einem darauffolgenden Arbeitsschritt wird das Abtriebselement 15 in Umfangsrichtung positioniert und die Spannmutter 24 auf die Nockenwelle 6, 7 aufgeschraubt, so dass der axiale Pressverband Spannmutter 24 - Abtriebselement 15 - Anschlagselement 23 hergestellt wird.
4 zeigt eine weitere erfindungsgemäße Ausführungsform einer Vorrichtung 11, die im Wesentlichen der ersten Ausführungsform entspricht. Im Unterschied zu der ersten Ausführungsform ist zusätzlich ein Federmittel 25 in dem Axialen Pressverband Spannmutter 24 - Abtriebselement 15 - Anschlagselement 23 vorgesehen, das einteilig mit der Spannmutter 24 ausgebildet ist. Die Spannmutter 23 ist als Blechumformteil ausbildet und kann beim axialen Verspannen elastisch verformt werden. Sie umfasst zu diesem Zweck zwei axiale Ringabschnitte 30, 31, wobei an einem der Ringabschnitte 30 das Innengewinde ausgebildet ist und der andere Ringabschnitt 31 an dem Abtriebselement 15 anliegt. Die Ringabschnitte 30, 31 sind über einen im Längsschnitt U-förmigen Abschnitt 32 miteinander verbunden, der elastisch verformbar ist und somit als Federmittel 25 wirkt. Wird die Spannmutter 23 auf das Außengewinde 29 geschraubt, gelangt ein Ringabschnitt 31 zur Anlage gegen die Seitenfläche des Abtriebselements 15, so dass bei weiterem Anziehen der Spannmutter 23 die Schenkel des U-förmigen Abschnitts 32 elastisch verformt werden. Setzt sich der Schraubverband im Laufe der Zeit, so kann das Federmittel 25 diesen Setzverlust ausgleichen, so dass ein Lösen bzw. Lockern der Spannmutter 23 verhindert wird.
Das Federmittel 25 kann alternativ auch separat zu der Spannmutter 24 ausgebildet und beispielsweise auch zwischen dem Abtriebselement 15 und dem Anschlagselement 23 positioniert sein.
Innerhalb der Vorrichtung 11 ist zwischen jeweils zwei in Umfangsrichtung benachbarten Vorsprüngen 21 ein Druckraum 26 ausgebildet. Jeder der Druckräume 26 wird in Umfangsrichtung von gegenüberliegenden, im Wesentlichen radial verlaufenden Begrenzungswänden benachbarter Vorsprünge 21, in axialer Richtung von den Seitendeckeln 16, 17, radial nach innen von dem Nabenelement 18 und radial nach außen von der Umfangswand 20 begrenzt. In jeden der Druckräume 26 ragt ein Flügel 19, wobei die Flügel 19 derart ausgebildet sind, dass diese sowohl an den Seitendeckeln 16, 17, als auch an der Umfangswand 20 anliegen. Jeder Flügel 19 teilt somit den jeweiligen Druckraum 26 in zwei gegeneinander wirkende Druckkammern 27, 28.
Durch Druckbeaufschlagung einer Gruppe von Druckkammern 27, 28 und Druckentlastung der anderen Gruppe kann die Phasenlage des Antriebselements 14 zum Abtriebselement 15 und damit die Phasenlage der Nockenwelle 6, 7 zur Kurbelwelle 2 variiert werden. Durch Druckbeaufschlagung beider Gruppen von Druckkammern 27, 28 kann die Phasenlage konstant gehalten werden.
Bezugszeichenliste

1: Brennkraftmaschine
2: Kurbelwelle
3: Kolben
4: Zylinder
5: Zugmitteltrieb
6: Einlassnockenwelle
7: Auslassnockenwelle
8: Nocken
9: Einlassgaswechselventil
10: Auslassgaswechselventil
11: Vorrichtung
12: Phasenstelleinrichtung
13: Zentralöffnung
14: Antriebselement
15: Abtriebselement
16: Seitendeckel
17: Seitendeckel
18: Nabenelement
19: Flügel
20: Umfangswand
21: Vorsprung
22: Kettenrad
23: Anschlagelement
24: Spannmutter
25: Federmittel
26: Druckraum
27: erste Druckkammer
28: zweite Druckkammer
29: Befestigungsstruktur
30: Ringabschnitt
31: Ringabschnitt
32: U-förmiger Abschnitt

Claims

Vorrichtung (11) zur variablen Einstellung der Steuerzeiten von Gaswechselventilen (9, 10) einer Brennkraftmaschine (1) mit - einer Nockenwelle (6, 7) und einer Phasenstelleinrichtung (12) mit einem Abtriebselement (15), das drehfest mit der Nockenwelle (6, 7) verbunden ist, - wobei das Abtriebselement (15) eine Zentralöffnung (13) aufweist, die von der Nockenwelle (6, 7) durchgriffen wird, wobei eine Innenmantelfläche der Zentralöffnung (13) einer Außenmantelfläche der Nockenwelle (6, 7) angepasst ist, - wobei die Nockenwelle (6, 7) auf der einen Seite der Phasenstelleinrichtung (12) ein Anschlagselement (23) aufweist, das separat zu der Nockenwelle (6, 7) hergestellt und drehfest mit dieser verbunden ist, - wobei an der Nockenwelle (6, 7) auf der anderen Seite der Phasenstelleinrichtung (12) eine Befestigungsstruktur (29) ausgebildet ist, mittels der ein Befestigungselement (24) an der Nockenwelle (6, 7) befestigt ist, - wobei das Anschlagselement (23) die Zentralöffnung (13) zumindest bereichsweise in radialer Richtung überragt und - wobei eine axiale Seitenfläche des Abtriebselements (15) mit dem Anschlagselement (23) und die andere axiale Seitenfläche des Abtriebselements (15) mit dem Befestigungselement (24) axial verspannt ist.
Vorrichtung (11) nach Anspruch 1, dadurch gekennzeichnet, dass die Nockenwelle (6, 7) rohrförmig ausgebildet ist.
Vorrichtung (11) nach Anspruch 1, dadurch gekennzeichnet, dass das Anschlagselement (23) an einer Außenmantelfläche der Nockenwelle (6, 7) befestigt ist.
Vorrichtung (11) nach Anspruch 1, dadurch gekennzeichnet, dass in dem Axialverband Befestigungselement (24) - Abtriebselement (15) - Anschlagselement (23) ein Federmittel (25) vorgesehen ist.
Vorrichtung (11) nach Anspruch 4, dadurch gekennzeichnet, dass das Federmittel (25) einteilig mit dem Befestigungselement (24) ausgebildet ist.