DE102010012481A1

DE102010012481A1 - Brennkraftmaschine mit einer Vorrichtung zur Veränderung der relativen Winkellage einer Nockenwelle gegenüber einer Kurbelwelle

Info

Publication number: DE102010012481A1
Application number: DE201010012481
Authority: DE
Inventors: Joachim Dietz; Rüdiger Herzog
Original assignee: Schaeffler Technologies AG and Co KG
Current assignee: Schaeffler Technologies AG and Co KG
Priority date: 2010-03-24
Filing date: 2010-03-24
Publication date: 2011-09-29
Also published as: CN102822455B; US8839751B2; WO2011117018A1; US20130000580A1; CN102822455A

Abstract

Die Erfindung betrifft eine Brennkraftmaschine (1) mit einer Vorrichtung (2) zur Veränderung der relativen Winkellage einer Nockenwelle (3) gegenüber einer Kurbelwelle der Brennkraftmaschine, wobei die Vorrichtung (2) ein von der Kurbelwelle angetriebenes Antriebselement (4) mit einem Gehäuseelement (5) umfasst, wobei das Antriebselement (4) samt Gehäuseelement (5) beim Betrieb der Brennkraftmaschine um eine Achse (a) rotiert und wobei die Vorrichtung (2) zumindest teilweise von einem Gehäuse (6) der Brennkraftmaschine (1) umgeben ist. Um den Ölaustausch in der Gehäuseglocke der Brennkraftmaschine zu verbessern und Ablagerung von Partikeln in der Gehäuseglocke zu verhindern, sieht die Erfindung vor, dass das Gehäuseelement (5) mit mindestens einem Fluidförderelement (7) versehen ist, wobei das Fluidförderelement (7) zum Fördern von Fluid bestimmt und geeignet ist.

Description

Gebiet der Erfindung
Die Erfindung betrifft eine Brennkraftmaschine mit einer Vorrichtung zur Veränderung der relativen Winkellage einer Nockenwelle gegenüber einer Kurbelwelle der Brennkraftmaschine, wobei die Vorrichtung ein von der Kurbelwelle angetriebenes Antriebselement mit einem Gehäuseelement umfasst, wobei das Antriebselement samt Gehäuseelement beim Betrieb der Brennkraftmaschine um eine Achse rotiert und wobei die Vorrichtung zumindest teilweise von einem Gehäuse der Brennkraftmaschine umgeben ist.
Hintergrund der Erfindung
In Brennkraftmaschinen werden zumeist Nockenwellenverstellvorrichtungen eingesetzt, insbesondere solche, die hydraulisch arbeiten. Beispiele hierfür offenbaren die DE 198 29 049 A1 und die US 5 931 126 . Sofern der Nockenwellenversteller – was typisch ist – hydraulisch arbeitet, weist er ein Flügelrad auf, in dem Flügel eingeformt oder angeordnet sind. Die Flügel befinden sich in Hydraulikkammern, die in einem Außenrotor eingearbeitet sind. Durch entsprechende Beaufschlagung der jeweiligen Seite der Hydraulikkammern mit Hydraulikfluid kann eine Verstellung des Innenrotors (mit der Nockenwelle verbunden) relativ zum Außenrotor zwischen einem „Frühanschlag” und einem „Spätanschlag” erfolgen. Dabei wird der Fluss von Hydrauliköl durch ein elektrisch angesteuertes Wegeventil gesteuert. Die Übertragung der Drehbewegung der Kurbelwelle auf den Außenrotor erfolgt zumeist über ein Zahnrad, mit dem der Außenrotor drehfest verbunden ist.
Der Nockenwellenversteller hat also ein von der Kurbelwelle angetriebenes Antriebselement, das mit einem Gehäuseelement verbunden ist, in dem die Verstellmechanik angeordnet ist. Das häufig von einer Kette oder von einem Antriebszahnrad angetriebene Antriebselement samt Gehäuseelement rotieren beim Betrieb des Verbrennungsmotors mit Nockenwellendrehzahl um eine Achse. Dabei ist der Nockenwellenversteller jedenfalls teilweise von einem Gehäuse (bzw. von einer Gehäuseglocke) des Verbrennungsmotors umgeben.
In der Gehäuseglocke ist Öl bis zu einem gewünschten Ölpegelstand eingefüllt, in dem der Nockenwellenversteller läuft. Bei zu geringem Umlauf des Öls kommt es in nachteiliger Weise zu Ablagerungen von Schmutzpartikeln in der Gehäuseglocke, was bis zu Ausfällen des Nockenwellenverstellers führen kann.
Aufgabe der Erfindung
Der vorliegenden Erfindung liegt die Aufgabe zugrunde, eine Brennkraftmaschine der eingangs genannten Art so fortzubilden, dass der Ölaustausch in der Gehäuseglocke der Brennkraftmaschine verbessert wird. Damit soll es möglich sein, die Ablagerung von Partikeln in der Gehäuseglocke zu verhindern oder jedenfalls zu minimieren.
Zusammenfassung der Erfindung
Die Lösung dieser Aufgabe durch die Erfindung ist dadurch gekennzeichnet, dass das Gehäuseelement mit mindestens einem Fluidförderelement versehen ist, wobei das Fluidförderelement zum Fördern von (Hydraulik) Fluid bestimmt und geeignet ist.
Das Gehäuseelement ist bevorzugt mit einer Vielzahl von Fluidförderelementen versehen. Die Fluidförderelemente sind dabei in vorteilhafter Weise um den Umfang des Gehäuseelements äquidistant verteilt angeordnet.
Das mindestens eine Fluidförderelement ist bevorzugt als steg-, flügel- oder rippenartige Struktur ausgebildet, die auf der Außenoberfläche des Gehäuseelements angeordnet ist.
Das Gehäuseelement und die Fluidförderelemente sind bevorzugt einstückig ausgebildet, insbesondere als Gussteil.
Das Gehäuseelement hat vorzugsweise einen zylindrischen Abschnitt, wobei die Fluidförderelemente auf diesem angeordnet sind. Die Fluidförderelemente erstrecken sich gemäß einer Ausführungsform der Erfindung in Richtung der Achse.
Möglich ist es aber auch, dass sich die Fluidförderelemente unter einem Winkel zur Richtung der Achse erstrecken, wobei der Winkel vorzugsweise zwischen 10° und 30° beträgt.
Zwischen dem Gehäuseelement und dem Gehäuse der Brennkraftmaschine ist bevorzugt ein Ringspalt ausgebildet, wobei die Fluidförderelemente zur Förderung von Fluid (Öl) durch den Ringspalt ausgebildet und angeordnet sind. An den Ringspalt kann eine Fluidabflussöffnung angrenzen, wobei die Fluidförderelemente zur Förderung von Fluid zur Fluidabflussöffnung ausgebildet und angeordnet sind.
Der erfindungsgemäße Vorschlag stellt also auf eine spezielle Gestaltung des Außengehäuses des Nockenwellenverstellers ab, das in einer Gehäuseglocke des Verbrennungsmotors angeordnet ist.
Hierzu wird das Außengehäuse (Gehäuseelement) des Nockenwellenverstellers, das sich in dem Gehäuse (Gehäuseglocke) des Verbrennungsmotors befindet und hier teilweise in Öl läuft, mit Rippen bzw. Flügeln versehen, mit denen das Öl gefördert werden kann.
Der Nockenwellenversteller, d. h. auch sein Außengehäuse, läuft im Betrieb des Verbrennungsmotors mit Nockenwellendrehzahl um seine Achse. Die Rippen bzw. Flügel bewegen folglich das sich in der Gehäuseglocke befindliche Öl.
Durch die ständige Bewegung des Öls kann verhindert werden, dass sich im Öl befindliche Schmutzpartikel dauerhaft in der Gehäuseglocke ablagern.
Die Rippen bzw. Flügel können in ihrer Form so gestaltet sein, dass das Öl gezielt zu einer Ölablaufbohrung in der Gehäuseglocke oder im Zylinderkopf des Verbrennungsmotors gefördert wird und somit das Öl aus der Gehäuseglocke schneller abfließt bzw. der Ölaustausch schneller erfolgt.
Es ist dabei auch möglich, dass das Öl nicht nur gezielt in eine Richtung gefördert wird, sondern dass es nach dem Prinzip einer Kreiselpumpe mittels des rotierenden verrippten Nockenwellenverstellers bzw. seines Gehäuseelements aufgrund von Zentrifugalkräften abgepumpt wird.
Kurze Beschreibung der Figuren
In den Zeichnungen sind Ausführungsbeispiele der Erfindung dargestellt. Es zeigen:
1 eine geschnitten dargestellte Seitenansicht eines Teils einer Brennkraftmaschine mit einem Nockenwellenversteller und einem Gehäuse (Gehäuseglocke), die den Nockenwellenversteller umgibt,
2 in perspektivischer Ansicht das Gehäuseelement des Nockenwellenverstellers ohne Antriebselement gemäß einer ersten Ausführungsform der Erfindung,
3 in perspektivischer Ansicht das Gehäuseelement des Nockenwellenverstellers ohne Antriebselement gemäß einer zweiten Ausführungsform der Erfindung,
4 eine geschnitten dargestellte Vorderansicht (betrachtet in Richtung der Achse) eines Teils der Brennkraftmaschine mit dem von der Gehäuseglocke umgebenen Gehäuseelement des Nockenwellenverstellers in einer ersten Ausführungsform und
5 in der Darstellung gemäß 4 den Teil der Brennkraftmaschine in einer zweiten Ausführungsform.
Ausführliche Beschreibung der Figuren
In 1 ist ein Teil einer Brennkraftmaschine (Verbrennungsmotor) 1 skizziert, und zwar der Teil des Antriebs einer Nockenwelle 3, die über einen Nockenwellenversteller 2 angetrieben wird. Der Nockenwellenversteller dient zur Veränderung der relativen Winkellage der Nockenwelle 2 gegenüber der nicht dargestellten Kurbelwelle der Brennkraftmaschine 1.
Der Nockenwellenversteller 2 weist ein Antriebselement 4 auf, das an seinem Außenumfang eine Verzahnung 12 hat, über die ein drehfester Verbund mit der nicht dargestellten Kurbelwelle der Brennkraftmaschine herstellt wird. Das Antriebselement 4 hat einen flanschartigen Dichtdeckel 13, mit dem es mit den weiteren Bauelementen des Nockenwellenverstellers 2 und namentlich mit einem Gehäuseelement 5 verbunden ist, in dem die relevanten Bauteile des Nockenwellenverstellers 2 untergebracht sind.
Der Nockenwellenverstellter 2 hat den typischen Aufbau, so dass bezüglich Details beispielsweise auf die oben erwähnte US 5 931 126 verwiesen werden kann.
Der Nockenwellenversteller 2 ist in einem Abschnitt der Brennkraftmaschine 1 gelagert, d. h. in der Brennkraftmaschine 1 ist die Nockenwelle 3 gelagert und auf dieser wiederum das Antriebselement 4 des Nockenwellenverstellers 2. Für die Nockenwelle 3 ist in der Brennkraftmaschine an der mit der Bezugsziffer 14 bezeichneten Stelle ein Nockenwellenlager ausgebildet, das die rotatorische Lagerung der Nockenwelle 3 im Motor 1 erlaubt.
Der Nockenwellenversteller 2 wird von einem Gehäuse 6 umgeben, das am Motorblock festgeschraubt ist und das nachfolgend als Gehäuseglocke bezeichnet wird. Im Betrieb der Brennkraftmaschine rotiert der Nockenwellenversteller 2 um die Achse a mit Nockenwellendrehzahl. Dabei wird das rotationssymmetrische Gehäuseelement 5 des Nockenwellenverstellers 2 so von der Gehäuseglocke 6 umgeben, dass ein Ringspalt 9 zwischen einem zylindrischen Abschnitt 8 des Gehäuseelements 5 und der Gehäuseglocke 6 vorliegt.
Wesentlich ist, dass das Gehäuseelement 5 mit mindestens einem Fluidförderelement 7 versehen ist, wobei das Fluidförderelement 7 zum Fördern von (Hydraulik) Fluid bestimmt und geeignet ist. Konkret bedeutet dies im Ausführungsbeispiel gemäß 1, dass eine Anzahl von rippenförmigen Fluidförderelementen 7 gleichmäßig über den Umfang des Gehäuseelements 5 im Bereich des zylindrischen Abschnitts 8 angeordnet sind.
Mögliche Ausführungsformen des Gehäuseelements 5 des Nockenwellenverstellers 2 sind 2 und 3 dargestellt.
Gemäß 2 verlaufen die Fluidförderelemente 7, d. h. die Rippen bzw. Stege, in Achsrichtung a, wodurch eine Fluidförderung in Umfangsrichtung des Gehäuseelements 5 erreicht werden kann.
Bei der Lösung gemäß 3 sind die Fluidförderelemente 7 unter einem Winkel zur Achse a angeordnet (der Winkel α ist in 1 eigetragen). Daher kommt es bei der Rotation des Gehäuseelements 5 nicht nur zu einer Fluidförderung in Umfangsrichtung, sondern auch in Achsrichtung a.
In 4 ist eine Ausführungsform einer Brennkraftmaschine zu sehen, bei der die Gehäuseglocke 6 das Gehäuseelement 5 des Nockenwellenverstellers 2 umgibt, wobei in der Gehäuseglocke 6 Öl bis zu einem Ölpegelstand 11 eingefüllt ist. Im Betrieb der Brennkraftmaschine und damit einher gehender Rotation des Gehäuseelements 5 (im Uhrzeigersinn) wird durch die Fluidförderelemente 7 Öl in Pfeilrichtung durch den Ringspalt 9 gefördert, wodurch es zu einer Fluidabflussöffnung 10 gelangt. Die Fluidabflussöffnung 10 befindet sich bei der Lösung also über dem Ölpegelstand 11. Das rotierende Gehäuseelement 5 arbeitet daher nach Art einer Kreiselpumpe.
Gemäß 5 kann auch vorgesehen sein, dass die Fluidabflussöffnung 10 unterhalb des Ölpegelstandes 11 liegt. Die im Zusammenhang mit 4 beschriebene Wirkungsweise bleibt aber dieselbe.
Die Rippen 7 (Fluidförderelemente), die an der äußeren Oberfläche des Gehäuseelements 5 des Nockenwellenverstellers 2 angeordnet sind, bewegen also im Betrieb des Verbrennungsmotors das in der Gehäuseglocke 6 stehende Öl. Dadurch wird verhindert, dass sich Schmutzpartikel in der Gehäuseglocke sammeln und ablagern können.
Die Form der Rippen 7 kann dabei so gewählt werden, dass das Öl gezielt in eine gewünschte Richtung gefördert bzw. abgepumpt werden kann. Eine Anordnung der Rippen 7 unter einem Winkel α zur Achse a (s. 1) kann eine gewünschte Förderrichtung erzeugen. Die Rippen 7 tauchen hierzu bei der Rotation des Nockenwellenverstellers 2 in das Öl ein.
Die Rippen 7 können durch Sintern, Gießen, Fräsen oder Umformen gefertigt werden. Bevorzugt werden sie beim Gießen des Gehäuseelements mit angeform und sind folglich dann einstückig mit dem Gehäuseelement 5 ausgebildet.
Die Rippen 7 können sich auf allen Flächen des Gehäuseelements 5 des Nockenwellenverstellers befinden. Neben dem vorzugsweise vorgesehenen zylindrischen Außenumfang 8 des Nockenwellenversteller-Stators kommen hierfür insbesondere der Federdeckel, der Frontdeckel und der Dichtdeckel des Nockenwellenverstellers in Frage.
Bezugszeichenliste

1: Brennkraftmaschine
2: Vorrichtung (Nockenwellenversteller)
3: Nockenwelle
4: Antriebselement
5: Gehäuseelement
6: Gehäuse (Gehäuseglocke)
7: Fluidförderelement (Rippe, Flügel)
8: zylindrischer Abschnitt
9: Ringspalt
10: Fluidabflussöffnung
11: Ölpegelstand
12: Verzahnung
13: Dichtdeckel
14: Nockenwellenlager
a: AchseWinkel
α: Winkel

ZITATE ENTHALTEN IN DER BESCHREIBUNG
Diese Liste der vom Anmelder aufgeführten Dokumente wurde automatisiert erzeugt und ist ausschließlich zur besseren Information des Lesers aufgenommen. Die Liste ist nicht Bestandteil der deutschen Patent- bzw. Gebrauchsmusteranmeldung. Das DPMA übernimmt keinerlei Haftung für etwaige Fehler oder Auslassungen.
Zitierte Patentliteratur

DE 19829049 A1 [0002]
US 5931126 [0002, 0027]

Claims

Brennkraftmaschine (1) mit einer Vorrichtung (2) zur Veränderung der relativen Winkellage einer Nockenwelle (3) gegenüber einer Kurbelwelle der Brennkraftmaschine, wobei die Vorrichtung (2) ein von der Kurbelwelle angetriebenes Antriebselement (4) mit einem Gehäuseelement (5) umfasst, wobei das Antriebselement (4) samt Gehäuseelement (5) beim Betrieb der Brennkraftmaschine um eine Achse (a) rotiert und wobei die Vorrichtung (2) zumindest teilweise von einem Gehäuse (6) der Brennkraftmaschine (1) umgeben ist, dadurch gekennzeichnet, dass das Gehäuseelement (5) mit mindestens einem Fluidförderelement (7) versehen ist, wobei das Fluidförderelement (7) zum Fördern von Fluid bestimmt und geeignet ist.
Brennkraftmaschine nach Anspruch 1, dadurch gekennzeichnet, dass das Gehäuseelement (5) mit einer Vielzahl von Fluidförderelementen (7) versehen ist.
Brennkraftmaschine nach Anspruch 2, dadurch gekennzeichnet, dass die Fluidförderelemente (7) um den Umfang des Gehäuseelements (5) äquidistant verteilt angeordnet sind.
Brennkraftmaschine nach Anspruch 1, dadurch gekennzeichnet, dass das mindestens eine Fluidförderelement (7) als steg-, flügel- oder rippenartige Struktur ausgebildet ist, die auf der Außenoberfläche des Gehäuseelements (5) angeordnet ist.
Brennkraftmaschine nach Anspruch 1, dadurch gekennzeichnet, dass das Gehäuseelement (5) und das mindestens eine Fluidförderelement (7) einstückig ausgebildet sind.
Brennkraftmaschine nach Anspruch 1, dadurch gekennzeichnet, dass das Gehäuseelement (5) einen zylindrischen Abschnitt (8) aufweist, wobei das mindestens eine Fluidförderelement (7) auf dem zylindrischen Abschnitt (8) angeordnet ist.
Brennkraftmaschine nach Anspruch 6, dadurch gekennzeichnet, dass sich das mindestens eine Fluidförderelement (7) in Richtung der Achse (a) erstreckt.
Brennkraftmaschine nach Anspruch 6, dadurch gekennzeichnet, dass sich das mindestens eine Fluidförderelement (7) unter einem Winkel (α) zur Richtung der Achse (a) erstreckt, wobei der Winkel (α) vorzugsweise zwischen 10° und 30° beträgt.
Brennkraftmaschine nach Anspruch 1, dadurch gekennzeichnet, dass zwischen dem Gehäuseelement (5) und dem Gehäuse (6) der Brennkraftmaschine (1) ein Ringspalt (9) ausgebildet ist, wobei das mindestens eine Fluidförderelement (7) zur Förderung von Fluid durch den Ringspalt (9) ausgebildet und angeordnet ist.
Brennkraftmaschine nach Anspruch 9, dadurch gekennzeichnet, dass an den Ringspalt eine Fluidabflussöffnung (10) angrenzt, wobei das mindestens eine Fluidförderelement (7) zur Förderung von Fluid zur Fluidabflussöffnung (10) ausgebildet und angeordnet ist.