DE102010007369A1

DE102010007369A1 - Variable Ventilsteuerung für eine Brennkraftmaschine

Info

Publication number: DE102010007369A1
Application number: DE102010007369A
Authority: DE
Inventors: Albrecht 74399 Reustle; Steffen Matthias 73272 Kappler
Original assignee: Dr Ing HCF Porsche AG
Current assignee: Dr Ing HCF Porsche AG
Priority date: 2010-02-10
Filing date: 2010-02-10
Publication date: 2011-08-11
Anticipated expiration: 2030-02-11
Also published as: DE102010007369B4

Abstract

Die Erfindung betrifft eine variable Ventilsteuerung (1) für eine Brennkraftmaschine, mit einer Nockenwelle (2) und einem Nockenwellensteller (3), wobei der Nockenwellensteller (3) einen Rotor (7) aufweist, sowie der Rotor (7) und die Nockenwelle (2) mittels einer in axialer Richtung der Nockenwelle (2) wirkenden Befestigungsschraube (9) drehsicher verbunden sind, wobei zwischen den Rotor (7) und der Nockenwelle (2) eine ringförmige Reibscheibe (8) positioniert ist, sowie die Nockenwelle (2) und der Rotor (7) miteinander in Strömungsverbindung stehende Druckmittelkanäle (11, 13) zum Durchleiten von Druckmittel zwecks Beaufschlagung des Rotors (7) aufweisen. Bei einer derartigen Ventilsteuerung ist erfindungsgemäß vorgesehen, dass die Reibscheibe (8) mit mindestens einem Durchgang (17) zum Durchleiten des Druckmittels versehen ist. Aufgrund der Durchleitung des Druckmittels durch den Durchgang der Reibscheibe und demzufolge der besonderen Gestaltung der Reibscheibe kann eine besonders gute Reibverbindung zwischen Rotor und Nockenwelle bewerkstelligt werden.

Description

Die Erfindung betrifft eine variable Ventilsteuerung für eine Brennkraftmaschine, mit einer Nockenwelle und einem Nockenwellensteller, wobei der Nockenwellensteller einen Rotor aufweist, sowie der Rotor und die Nockenwelle mittels einer in axialer Richtung der Nockenwelle wirkenden Befestigungsschraube drehsicher verbunden sind, wobei zwischen dem Rotor und der Nockenwelle eine ringförmige Reibscheibe positioniert ist sowie die Nockenwelle und der Rotor miteinander in Strömungsverbindung stehende Druckmittelkanäle zum Durchleiten von Druckmittel zwecks Beaufschlagung des Rotors aufweisen.
Eine derartige variable Ventilsteuerung für eine Brennkraftmaschine ist aus der DE 101 61 698 A1 bekannt. Bei dieser ermöglicht der Rotor des Nockenwellenstellers eine hydraulische Drehwinkelverstellung der Nockenwelle gegenüber einer Kurbelwelle der Brennkraftmaschine. Hierdurch wird eine Veränderung der Öffnungs- und Schließzeiten der von der Nockenwelle betätigten Gaswechselventile der Brennkraftmaschine bewirkt. Bei dieser Ventilsteuerung ist zum drehsicheren Verbinden von Nockenwelle und Rotor mittels der Befestigungsschraube die zwischen Rotor und Nockenwelle positionierte, ringförmige Reibscheibe vorgesehen. Aufgrund der an beiden Seitenflächen der Reibscheibe wirksamen Reibkraft zwischen Rotor und Reibscheibe bzw. Reibscheibe und Nockenwelle ist es nicht erforderlich, eine besonders hohe Vorspannkraft durch die Befestigungsschraube aufzubringen.
Bei dieser bekannten variablen Ventilsteuerung umgibt die Befestigungsschraube ein Ringraum, der die Druckmittelkanäle in Nockenwelle und Rotor bildet. Es sind somit separate Führungen zum radialen Positionieren der Reibscheibe bezüglich Rotor und Nockenwelle vorzusehen. Dies bedingt einerseits einen relativ hohen baulichen Aufwand und Fertigungsaufwand, andererseits weist die Reibscheibe aufgrund der Radialführungen nur eine relativ geringe radiale Erstreckung auf, so dass sich nur eine relativ geringe Kontaktfläche zwischen Reibscheibe und Rotor bzw. Reibscheibe und Nockenwelle ergibt.
Variable Ventilsteuerungen für Brennkraftmaschinen unter Verwendung einer dem Nockenwellenversteller zugeordneten Reibscheibe sind ferner aus der DE 101 61 701 A1 und DE 199 21 890 C1 bekannt.
Aufgabe der vorliegenden Erfindung ist es, eine variable Ventilsteuerung der eingangs genannten Art so weiterzubilden, dass aufgrund einer veränderten Durchleitung des Druckmittels und demzufolge einer besonderen Gestaltung der Reibscheibe eine besonders gute Reibverbindung zwischen Rotor und Nockenwelle bewerkstelligt werden kann.
Gelöst wird die Aufgabe dadurch, dass die Reibscheibe mit mindestens einem Durchgang zum Durchleiten des Druckmittels versehen ist.
Bei der erfindungsgemäßen variablen Ventilsteuerung strömt somit das Druckmittel durch den Durchgang in der Reibscheibe, womit diese eine recht große radiale Erstreckung aufweisen kann und überdies darauf verzichtet werden kann, dass das Druckmittel zwischen der Befestigungsschraube und der Reibscheibe strömt. Dies ermöglicht es, die Ventilsteuerung so auszubilden, dass die Reibscheibe durch die Befestigungsschraube radial positioniert wird. Unter diesem Aspekt ist der Außendurchmesser der Befestigungsschraube im Bereich der Reibscheibe vorzugsweise so ausgebildet, dass er geringfügig geringer ist als der Innendurchmesser der Reibscheibe. Alternativ kann die Reibscheibe durch die Nockenwelle oder den Rotor positioniert werden. Hierzu weist beispielsweise die Nockenwelle oder der Rotor auf deren der Reibscheibe zugewandten Seite einen Ringvorsprung zum radial äußeren Lagern der Reibscheibe auf.
Gemäß einer bevorzugten Ausführungsform der Erfindung ist vorgesehen, dass die Reibscheibe mehrere Durchgänge aufweist. Diese sind insbesondere gleichmäßig verteilt entlang eines Kreises angeordnet. Die Reibscheibe ist vorzugsweise als Kreisring ausgebildet.
Gemäß einer besonderen Ausführungsform der Erfindung ist vorgesehen, dass die Reibscheibe einen äußeren, geschlossenen Ringabschnitt und einen inneren, geschlossenen Ringabschnitt aufweist, wobei die Ringabschnitte mittels Stegen miteinander verbunden sind, die zwischen sich die Durchgänge bilden. Die Durchgänge ermöglichen einerseits eine Optimierung des Durchtrittsquerschnitts für das Druckmittel, andererseits ist unabhängig von der Relativposition von Rotor und Nockenwelle, somit Relativposition von Rotor und Reibscheibe bzw. Reibscheibe und Nockenwelle sichergestellt, dass ein ausreichend großer Durchtrittsquerschnitt für das Druckmittel beim Durchströmen der Anordnung von Nockenwelle, Reibscheibe und Rotor zur Verfügung steht.
In diesem Zusammenhang sieht eine vorteilhafte Weiterbildung der Erfindung vor, dass der Rotor und/oder die Nockenwelle auf deren der Reibscheibe zugewandten Seite eine Ringnut, die in Strömungsverbindung mit einem Druckmittelkanal von Rotor bzw. Nockenwelle steht, aufweist, wobei die Ringnut in Strömungsverbindung mit dem mindestens einen Durchgang der Reibscheibe steht, insbesondere in Strömungsverbindung mit allen Durchgängen der Reibscheibe steht. Da sich das Druckmittel in der jeweiligen Nut konzentrisch zur Befestigungsschraube verteilt, ist immer eine Strömungsverbindung zwischen Ringnut und dem mindestens einen Durchgang der Reibscheibe gebildet, unabhängig davon, welche Relativposition Rotor, Reibscheibe und Nockenwelle zueinander einnehmen.
Damit ein möglichst großer Durchgangsquerschnitt für das Druckmittel im Bereich der Reibscheibe gebildet ist, sieht eine vorteilhafte Weiterbildung vor, die Anzahl der Durchgänge der Reibscheibe so zu bemessen, dass diese ungleich der Anzahl der Druckmittelkanäle in der Nockenwelle bzw. der Druckmittelkanäle im Rotor ist. Insbesondere weist die Nockenwelle und/oder der Rotor jeweils gleichmäßig verteilt angeordnete, der Reibscheibe zugewandte Öffnungen der Druckmittelkanäle auf.
In der Zeichnung ist die Erfindung anhand eines Ausführungsbeispieles dargestellt und im Nachfolgenden näher beschrieben.
Es zeigt:
1 betreffend die variable Ventilsteuerung für eine Brennkraftmaschine die Ansicht einer Anordnung einer Nockenwelle und eines Nockenwellenstellers, veranschaulicht senkrecht zur Längserstreckung der Nockenwelle gesehen,
2 einen Längsmittelschnitt durch die in 1 gezeigte Anordnung,
3 in räumlicher Ansicht eine Explosionsdarstellung der in den 1 und 2 gezeigten Anordnung,
4 eine Darstellung gemäß 3, allerdings ohne ein Gehäuse des Nockenwellerstellers,
5 die in 4 dargestellten Teile aus einer anderen Blickrichtung gesehen,
6 eine Stirnansicht der Reibscheibe der Ventilsteuerung,
7 eine Stirnansicht eines Rotors der Ventilsteuerung,
8 eine Stirnansicht des Gehäuses des Nockenwellenstellers, bei demontiertem Gehäusedeckel,
9 eine Detaildarstellung der Ventilsteuerung im Verbindungsbereich von Nockenwelle und Rotor mit zwischen diesen angeordneter Reibscheibe.
Die veranschaulichte variable Ventilsteuerung findet Verwendung bei einer Brennkraftmaschine. Sie dient der hydraulischen Drehwinkelverstellung einer Nockenwelle der Brennkraftmaschine bezüglich einer Kurbelwelle der Brennkraftmaschine, um so die Steuerzeiten der Gaswechselventile der Brennkraftmaschine zu verändern.
Bestandteil der variablen Ventilsteuerung 1 ist die Nockenwelle 2 zum Betätigen der Ventile der Brennkraftmaschine sowie ein Nockenwellensteller 3. Dieser Nockenwellensteller 3 weist eine Antriebseinheit 4 und eine Abtriebseinheit 5 auf. Ein Zahnkranz 6 der Antriebseinheit 5 steht über eine Antriebskette mit der Kurbelwelle der Brennkraftmaschine in Antriebsverbindung. Die Abtriebseinheit 5 weist einen Rotor 7 auf, der drehfest mit der Nockenwelle 2 verbunden ist, wobei zwischen Rotor 7 und Nockenwelle 2 eine Reibscheibe 8 angeordnet ist. Eine zentrale, in der Mittellängsachse der Nockenwelle 2 angeordnete Befestigungsschraube 9 verspannt den Rotor 7, die Reibscheibe 8 und die Nockenwelle 2.
Die Antriebseinheit 4 weist ein Gehäuse 20 mit Gehäusedeckel 21 auf und ist drehbar auf der Abtriebseinheit 5 gelagert und steht mit dieser über innerhalb des Nockenwellenstellers 3 gebildete Druckkammern in Kraftübertragungsverbindung. Unter diesem Aspekt weist der Rotor 7 vier Flügel 10 auf, die mit der Antriebseinheit 4 im Sinne der Bildung der hydraulischen Druckkammern zusammenwirken.
Der Nockenwellensteller 3 wird durch Einspeisen von Öl betrieben. Das Einspeisen des Öls erfolgt mit Hilfe von vier Durchgangsbohrungen 11 in der Nockenwelle 2, die in interessierenden Endbereich parallel zueinander und in Längsrichtung der Nockenwelle 2 orientiert sind. Die vier Durchgangsbohrungen 11 treten im Bereich der Reibscheibe 8 zugewandten Stirnseite der Nockenwelle 2 aus dieser aus. Die vier Durchgangsbohrungen 11 sind auf einem konzentrisch zur Drehachse 12 der Nockenwelle angeordneten Kreis positioniert und schließen jeweils einen Winkel von 90° miteinander ein. Entsprechend ist der Rotor 7 mit vier Durchgangsbohrungen 13 versehen. Diese münden auf der der Reibscheibe 8 zugewandten Seite des Rotors 13 aus diesem. Die Durchgangsbohrungen 13 sind auf einen Kreis angeordnet, der bezüglich des Radius demjenigen des Kreises entspricht, auf dem sich die Durchgangsbohrungen 11 der Nockenwelle 2 befinden. Auch diese Durchgangsbohrungen 13 des Rotors 7 schließen jeweils einen Winkel von 90° miteinander ein und sind konzentrisch zur Drehachse 12 angeordnet.
Zum Verstellen des Nockenwellenstellers, somit der Position von Antriebseinheit 4 und Abtriebseinheit 5 zueinander wird Öl durch die Durchgangsbohrungen 11 der Nockenwelle 2 in die Durchgangsbohrungen 13 des Rotors 7 und von dort in die hydraulischen Druckkammern des Nockenwellenstellers 3 eingeleitet. Da die Reibscheibe 8 zwischen der Nockenwelle 2 und dem Rotor 7 im Bereich der Durchgangsbohrungen 11 und 13 angeordnet ist, ist es erforderlich, die Reibscheibe 8 besonders zu gestalten, so dass Öl von der Nockenwelle 2 durch die Reibscheibe 8 in den Rotor 7 eingespeist werden kann. Dies wird dadurch bewerkstelligt, dass die Reibscheibe 8 einen äußeren Kreisring 14 und einem konzentrisch zu diesem angeordneten inneren Kreisring 15 aufweist, sowie beide Ringe 14, 15 miteinander durch Stege 16 verbunden sind. Veranschaulicht sind fünf Stege, die über den Kreis gleichmäßig verteilt sind, somit einen Winkel von 72° jeweils miteinander einschließen. Zwischen benachbarten Stegen 16 ist hierdurch jeweils ein Durchgang 17 in der Stärke der Reibscheibe 8 gebildet. Diese ist plattenförmig, weist somit parallel zueinander angeordnete Hauptflächen auf.
Die Scheibe ist deshalb als Reibscheibe 8 ausgebildet, um durch Erhöhung der Reibeigenschaften der der Nockenwelle 2 und dem Rotor 7 zugewandten Flächen das übertragbare Moment zwischen Rotor 7 und Nockenwelle 2 unter Einwirkung der Kraft der Befestigungsschraube 9 zu erhöhen. Zusätzlich kann die jeweilige mit der Reibscheibe 8 in Wirkverbindung tretende Fläche der Nockenwelle 2 bzw. des Rotors 7 gleichfalls so gestaltet sein, dass sie optimale Reibeigenschaften aufweist. Durch diese Optimierung der Reibeigenschaften im Bereich der Reibscheibe 8 kann der durch die Befestigungsschraube 9 erzielte Verbund hinsichtlich der axialen Vorspannung der Befestigungsschraube 9 zum Erreichen einer drehfesten Verbindung von Nockenwelle 2 und Rotor 7 optimiert werden.
9 veranschaulicht die Anordnung der Reibscheibe 8 zwischen den dieser zugewandten Enden von Nockenwelle 2 und Rotor 7 in einer Schnittdarstellung. Hierbei ist aufgrund der gewählten Schnittführung nur eine der Durchgänge 17 der Reibscheibe 8 sichtbar. Aufgrund der Anordnung der Durchgänge 17 und der zwischen diesen befindlichen Stege 16 bei der Reibscheibe 8 kann somit der Fall eintreten, dass ein oder mehrere Stege 16 korrespondierende, in einer Flucht befindliche Durchgangsbohrungen 11 und 13 von Nockenwelle 2 und Rotor 7 abdecken. Damit der Öldurchfluss durch die jeweilige Öldurchgangsbohrung 13 bzw. 11 nicht eingeschränkt ist, weist der Rotor 7 und die Nockenwelle 2 auf deren zugewandten Stirnseiten eine konzentrisch zur Drehachse 12 angeordnete, umlaufende Nut 18 bzw. 19 auf, wobei in die Nut 18 die Durchgangsbohrungen 13 und in die Nut 19 die Durchgangsbohrungen 11 münden. Infolge dessen kann Hydrauliköl dann, wenn ein Steg 18 im Fließweg des Öls ist, entlang des Steges 16 durch die eine Nut zur nächsten Kammern strömen und von dort in die andere Nut.
Der Außendurchmesser der Befestigungsschraube 9 ist im Bereich der Reibscheibe 8 so ausgebildet, dass er geringfügig geringer ist als der Innendurchmesser der Reibscheibe 8. Damit ist die Reibscheibe 8 beim Verbinden von Rotor 7 und Nockenwelle 2 radial geführt. Grundsätzlich bestünde auch die Möglichkeit, radial außen eine Führung der Reibscheibe 7 in Vorsprüngen der Nockenwelle 2 oder des Rotors 7 vorzusehen.
Bezugszeichenliste

1: Variable Ventilsteuerung
2: Nockenwelle
3: Nockenwellensteller
4: Antriebseinheit
5: Abtriebseinheit
6: Zahnkranz
7: Rotor
8: Reibscheibe
9: Befestigungsschraube
10: Flügel
11: Durchgangsbohrung
12: Drehachse
13: Durchgangsbohrung
14: Kreisring
15: Kreisring
16: Steg
17: Durchgang
18: Nut
19: Nut
20: Gehäuse
21: Gehäusedecke
22: Antriebszahnrad

ZITATE ENTHALTEN IN DER BESCHREIBUNG
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Zitierte Patentliteratur

DE 10161698 A1 [0002]
DE 10161701 A1 [0004]
DE 19921890 C1 [0004]

Claims

Variable Ventilsteuerung (1) für eine Brennkraftmaschine, mit einer Nockenwelle (2) und einem Nockenwellensteller (3), wobei der Nockenwellensteller (3) einen Rotor (7) aufweist, sowie der Rotor (7) und die Nockenwelle (2) mittels einer in axialer Richtung der Nockenwelle (2) wirkenden Befestigungsschraube (9) drehsicher verbunden sind, wobei zwischen den Rotor (7) und der Nockenwelle (2) eine ringförmige Reibscheibe (8) positioniert ist, sowie die Nockenwelle (2) und der Rotor (7) miteinander in Strömungsverbindung stehende Druckmittelkanäle (11, 13) zum Durchleiten von Druckmittel zwecks Beaufschlagung des Rotors (7) aufweisen, dadurch gekennzeichnet, dass die Reibscheibe (8) mit mindestens einem Durchgang (17) zum Durchleiten des Druckmittels versehen ist.
Steuerung nach Anspruch 1, dadurch gekennzeichnet, dass die Reibscheibe (8) mehrere, insbesondere gleichmäßig verteilt angeordnete Durchgänge (17) aufweist.
Steuerung nach Anspruch 1 oder 2, dadurch gekennzeichnet, dass die Reibscheibe (8) als Kreisring ausgebildet ist.
Steuerung nach einem der Ansprüche 1 bis 3, dadurch gekennzeichnet, dass die Reibscheibe (8) einen äußeren, geschlossenen Ringabschnitt (14) und einen inneren, geschlossenen Ringabschnitt (15) aufweist, wobei die Ringabschnitte (14, 15) mittels Stegen (16) miteinander verbunden sind, die zwischen sich die Durchgänge (17) bilden.
Steuerung nach einem der Ansprüche 1 bis 4, dadurch gekennzeichnet, dass der Rotor (7) und/oder die Nockenwelle (2) auf deren der Reibscheibe (8) zugewandten Seite eine Ringnut (18, 19), die in Strömungsverbindung mit einem Druckmittelkanal (13, 11) steht, aufweist, wobei die Ringnut (18, 19) in Strömungsverbindung mit dem mindestens einen Durchgang (17) der Reibscheibe (8) steht, insbesondere in Strömungsverbindung mit allen Durchgängen (17) der Reibscheibe (8) steht.
Steuerung nach einem der Ansprüche 1 bis 5, dadurch gekennzeichnet, dass die Anzahl der Durchgänge (17) der Reibscheibe (8) ungleich der Anzahl der Druckmittelkanäle (11) in der Nockenwelle (2) bzw. der Druckmittelkanäle (13) in dem Rotor (7) ist.
Steuerung nach einem der Ansprüche 1 bis 6, dadurch gekennzeichnet, dass die Nockenwelle (2) und/oder der Rotor (7) jeweils gleichmäßig verteilt angeordnete, der Reibscheibe (8) zugewandte Druckmittelkanäle (11, 13) aufweist.
Steuerung nach einem der Ansprüche 1 bis 7, dadurch gekennzeichnet, dass der Außendurchmesser der Befestigungsschraube (9) im Bereich der Reibscheibe (8) geringfügig geringer ist als der Innendurchmesser der Reibscheibe (8).
Steuerung nach einem der Ansprüche 1 bis 8, dadurch gekennzeichnet, dass die Nockenwelle (2) oder der Rotor (7) auf deren der Reibscheibe (8) zugewandten Seite einen Ringvorsprung zum radial äußeren Lagern der Reibscheibe (8) aufweist.