DE102013203523A1

DE102013203523A1 - Nockenwellenverstelleinrichtung für eine Brennkraftmaschine

Info

Publication number: DE102013203523A1
Application number: DE201310203523
Authority: DE
Inventors: Michael Busse
Original assignee: Schaeffler Technologies AG and Co KG
Current assignee: Schaeffler Technologies AG and Co KG
Priority date: 2013-03-01
Filing date: 2013-03-01
Publication date: 2014-09-04

Abstract

Die vorliegende Erfindung betrifft eine Nockenwellenverstelleinrichtung für eine Brennkraftmaschine mit einem von einer Kurbelwelle (13) der Brennkraftmaschine über einen Endloszugmitteltrieb (2) angetriebenen Nockenwellenversteller (10, 12) mit einem Stator (1), einem drehfest mit der Nockenwelle verbundenen Rotor (3), zwischen dem Stator (1) und dem Rotor (3) angeordneten Arbeitskammern, welche durch dem Rotor (3) zugeordnete Flügel (8) in Druckräume (18, 19) unterteilt sind, wenigstens einer Verriegelungseinrichtung zur rotatorischen Verriegelung des Rotors (3) gegenüber dem Stator (1), wobei in einem zwischen der Kurbelwelle (13) und dem Stator (1) vorgesehenen Lostrum (15) des Endloszugmitteltriebes (2) eine erste Spanneinrichtung (17) vorgesehen ist, welche zur Verriegelung der Verriegelungseinrichtung in Richtung einer Verlängerung des Lostrums (15) betätigt wird und dadurch ein entgegen der vorbestimmten Drehrichtung des Stators (1) wirkenden Drehmoment auf den Nockenwellenversteller (10, 12) ausübt.

Description

Die Erfindung betrifft eine Nockenwellenverstelleinrichtung für eine Brennkraftmaschine mit den Merkmalen des Oberbegriffs von Anspruch 1.
Nockenwellenverstelleinrichtungen werden in modernen Brennkraftmaschinen zur Optimierung der Verbrauchs- und Leistungswerte eingesetzt und dienen dazu, die Öffnungs- und Schließzeitpunkte der Gaswechselventile zu verändern. Dazu besitzt die Nockenwellenverstelleinrichtung einen von der Kurbelwelle angetriebenen Stator und einen drehfest mit der Nockenwelle verbundenen Rotor. Zwischen dem Rotor und dem Stator sind mit einem Druckmittel beaufschlagbare Arbeitskammern vorgesehen, welche durch dem Rotor zugeordnete Flügel in gegeneinander wirkende Druckräume unterteilt sind. Während des Betriebes der Brennkraftmaschine sind beide Druckräume permanent mit Druckmittel gefüllt, so dass der Rotor und der Stator relativ steif miteinander verbunden sind. Die Steuerzeiten der Gaswechselventile werden dann dadurch verändert, indem der Druck in einem der Druckräume erhöht wird, während der Druck in dem jeweils anderen Druckraum gesenkt wird. Das Druckmittel muss dazu dem einen Druckraum zugeführt und aus dem anderen Druckraum abgeführt werden. Damit das System nicht in Schwingungen versetzt wird, muss grundsätzlich der Zulauf durch den Ablauf des Druckmittels gesteuert werden.
Während des Motorstarts kann der Zustand eintreten, dass beide Druckräume nur zum Teil mit Druckmittel gefüllt sind, da die Nockenwellenverstelleinrichtung sich über Leckagestellen selbstständig entleeren kann. Während dieses Zeitraumes ist der Rotor in der Nockenwellenverstelleinrichtung nicht hydraulisch eingespannt, so dass er unkontrollierte Schwingungen ausführen kann. Zur Vermeidung dieses Effektes sind Nockenwellenverstelleinrichtungen bereits mit einem mechanischen Verriegelungssystem ausgestattet, durch welches der Rotor mit einer festen mechanischen Verbindung an den Stator gekoppelt wird. Damit der Rotor sicher verriegelt wird, entspricht die Verriegelungsposition dem Endanschlag des Rotors gegenüber dem Stator in Verstellrichtung „Früh“ oder „Spät“.
Ferner sind Nockenwellenverstelleinrichtungen bekannt, bei denen der Rotor gegenüber dem Stator auch in einer beliebigen vorgegebenen Verriegelungsposition zwischen den Endanschlägen verriegelbar ist. Eine solche Nockenwellenverstelleinrichtung ist z.B. in der DE 100 64 222 A1 beschrieben. Die Verriegelung des Rotors erfolgt durch ein oder mehrere Verriegelungselemente, welche an dem Rotor oder dem Stator axial oder radial angeordnet sind und zur Verriegelung des Rotors mittels Federkraft in eine gegenüberliegende, in dem jeweils anderen Teil angeordnete Verriegelungskulisse gedrückt werden. Die Entriegelung des Verriegelungselementes erfolgt dadurch, indem das Verriegelungselement durch Öldruck aus der gegenüberliegenden Verriegelungskulisse wieder herausgedrückt wird.
Zur Verstellung des Nockenwellenverstellers in die Verriegelungsposition ist es z.B. bekannt, die wirkenden Nockenwellenwechselmomente zu nutzen, was auch als cam-shaft torque actuated (CTA) bezeichnet wird.
Ein Problem dieser Art der Mittenverriegelung ist es, dass die wirkende Reibung einen sehr großen Einfluss auf die Verriegelungsbewegung hat. Insbesondere bei sehr tiefen Motoröltemperaturen treten sehr große Reibungskräfte auf, so dass sich die Summe der Nockenwellenwechselmomente einseitig verschiebt. Das bedeutet, dass in Verstellrichtung nach „Spät“ ein extrem ausgeprägtes Nockenwechselmoment und in die andere Verstellrichtung nach „Früh“ ein sehr kleines Nockenwellenwechselmoment vorhanden ist.
Zur Verringerung dieses Problems ist es bereits bekannt, den Startergenerator beim Motorstart kurzzeitig rückwärts entgegen der wirkenden Reibungskräfte drehen zu lassen, bis der Rotor gegenüber dem Stator verriegelt ist.
Aufgabe der Erfindung ist es, eine konstruktiv einfache Lösung zur Verriegelung einer Nockenwellenverstelleinrichtung zu schaffen, bei der der Rotor auch bei sehr kalten Motoröltemperaturen zuverlässig gegenüber dem Stator in einer Mittenposition verriegelt werden kann.
Die Aufgabe der Erfindung wird durch eine Nockenwellenverstelleinrichtung mit den Merkmalen des Anspruchs 1 gelöst.
Erfindungsgemäß wird vorgeschlagen, dass in einem zwischen der Kurbelwelle und dem Stator vorgesehenen Lostrum des Endloszugmitteltriebes eine erste Spanneinrichtung vorgesehen ist, welche zur Verriegelung der Verriegelungseinrichtung in Richtung einer Verlängerung des Lostrums betätigt wird und dadurch ein entgegen der vorbestimmten Drehrichtung des Stators wirkendes Drehmoment auf die Nockenwellenverstelleinrichtung ausübt. Durch das Ausüben der Spannkraft auf den Lostrum wird der Lostrum verlängert, so dass der Stator zusammen mit dem Rotor entgegen der im Betrieb vorgesehenen Drehrichtung, also auch entgegen der wirkenden Reibungskräfte verdreht wird. Dadurch kann der Nachteil der geringen in Richtung „Früh“ wirkenden Nockenwellenwechselmomente ausgeglichen werden und ein zusätzliches Drehmoment eingebracht werden, mittels dessen die Relativdrehbewegung des Rotors zu dem Stator zumindest unterstützt werden kann.
Weiter wird vorgeschlagen, dass in einem Zugtrum des Endloszugmittels eine zweite Spanneinrichtung vorgesehen ist. Durch die zweite Spanneinrichtung kann auch die Länge des Zugtrums verändert werden. Insbesondere kann der Zugtrum durch das Verringern einer Vorspannung auch verkürzt werden, so dass die Verlängerung des Lostrums kompensiert werden kann. Dies ist insbesondere deshalb sinnvoll, da die Gesamtlänge des Endloszugmitteltriebes konstant ist. Die Verkürzung des Zugtrums wird dann immer gegensätzlich zu der Verlängerung des Lostrums und in identischer Größenordnung vorgenommen. Außerdem kann durch das Spannen des Zugtrums auch ein entsprechendes Gegenmoment aufgebracht werden, um den Stator anschließend wieder in die entgegengesetzte Richtung zu verdrehen. Dieses Verdrehen des Stators kann auch wechselweise erfolgen, bis der Rotor mit zwei Verriegelungsstiften aus unterschiedlichen Richtungen gegenüber dem Stator verriegelt ist.
Ferner kann die zweite Spanneinrichtung einer feststellbaren Führungsschiene zugeordnet sein.
Nachfolgend wird die Erfindung anhand eines bevorzugten Ausführungsbeispieles näher beschrieben. Die Figuren zeigen im Einzelnen:
1: einen vergrößerten Ausschnitt der Nockenwellenverstelleinrichtung mit einem Nockenwellenversteller; und
2: eine Nockenwellenverstelleinrichtung mit einem Endloszugmitteltrieb und zwei Nockenwellenverstellern.
In der 1 ist ein Ausschnitt der in der 2 gezeigten Nockenwellenverstelleinrichtung mit einem Nockenwellenversteller 10 zu erkennen. Der Nockenwellenversteller 10 weist einen herkömmlichen Aufbau mit einem Stator 1 mit einer Außenverzahnung 4 und einen drehfest mit einer nicht dargestellten Nockenwelle verbundenen Rotor 3 auf. An dem Stator 1 sind radial nach innen ragende Vorsprünge 11 vorgesehen, welche einen Ringraum zwischen dem Stator 1 und dem Rotor 3 in mehrere Druckräume unterteilen. Die Druckräume wiederum werden durch an dem Rotor 3 vorgesehene, radial nach außen abragende Flügel 8 in voneinander getrennte, entgegengesetzt wirkende Arbeitskammern 18 und 19 unterteilt. Die Seitenwände 7 und 9 der Vorsprünge 11 bilden jeweils die Endanschläge „Früh“ und „Spät“ für den Rotor 3, indem der Rotor 3 mit der Seitenfläche des Flügels 8 daran zur Anlage gelangt.
Auf der dem Betrachter zugewandten Oberseite des Nockenwellenverstellers 10 ist ferner ein Dichtdeckel 5 durch Befestigungsschrauben 6 gehalten, welcher z.B. eine entsprechende Verriegelungskontur für in dem Rotor 3 vorgesehene Verriegelungsstifte aufweist, welche dann durch Eingriff in die Verriegelungskontur den Rotor 3 gegenüber dem Stator 1 drehfest verriegeln. Zum Antrieb des Nockenwellenverstellers 10 greift ein Endloszugmittel 2, z.B. in Form einer Kette oder eines Riemens, in die Verzahnung 4 des Stators 1 ein.
In der 2 ist die Nockenwellenverstelleinrichtung mit zwei Nockenwellenverstellern 10 und 12, einer Kurbelwelle 13 und dem Endloszugmittel 2 zu erkennen. Das Endloszugmittel 2 wird von der Kurbelwelle 13 im Uhrzeigersinn angetrieben und treibt selbst die Nockenwellenversteller 10 und 12 im Uhrzeigersinn an, so dass das Endloszugmittel 2 in einen sich von der Kurbelwelle 13 bis zu dem rechten oberen Nockenwellenversteller 10 erstreckenden Zugtrum 14 und einen sich von der Kurbelwelle 13 bis zu dem linken oberen Nockenwellenversteller 12 erstreckenden Lostrum 15 unterteilt werden kann.
An dem Lostrum 15 ist eine sich fahrzeugfest abstützende erste Spanneinrichtung 17 und an dem Zugtrum 14 eine sich ebenfalls fahrzeugfest abstützende zweite Spanneinrichtung 16 vorgesehen. Beide Spanneinrichtrungen 16 und 17 dienen zur Längenveränderung des Zug- und Lostrums 14 und 15.
Für den Fall, dass die Brennkraftmaschine im kalten Zustand abgewürgt wird und der Rotor 3 infolgedessen nicht gegenüber dem Stator 1 verriegelt ist, sollte der Rotor bei einem Neustart der Brennkraftmaschine möglichst schnell gegenüber dem Stator verriegelt werden, was gemäß der vorliegenden Erfindung dadurch verwirklicht wird, indem die auf die Nockenwelle wirkenden Nockenwellenwechselmomente dazu genutzt werden, um den Rotor 3 gegenüber dem Stator 1 zu verdrehen. Da die Nockenwellenwechselmomente aufgrund der hohen Reibung bedingt durch das noch kalte Motoröl sehr ungleichmäßig gerichtet sind, kann die Verriegelung problematisch sein. Zur Vermeidung dieses Nachteils kann der Lostrum in der vorgeschlagenen Nockenwellenverstelleinrichtung durch Betätigung der ersten Spanneinrichtung 17 verlängert und der Zugtrum durch Entspannen der zweiten Spanneinrichtung 16 verkürzt werden, so dass die Nockenwellenversteller 10 und 12 entgegen dem Uhrzeigersinn verdreht werden. Die Längen des Lostrums 15 und des Zugtrums 14 können dabei besonders einfach verändert werden, indem die von den Spanneinrichtungen 16 und 17 ausgeübten Druckkräfte F1 und F2 entsprechend gesteuert werden.
Die Spanneinrichtungen 16 und 17 können dabei als elektromechanische Spanneinrichtungen z.B. mit einem Elektromotor und einem Schneckengetriebe ausgebildet sein, wodurch sie sehr einfach und außerdem mit einer sehr hohen Genauigkeit angesteuert werden können.
Bezugszeichenliste

1: Stator
2: Endloszugmittel
3: Rotor
4: Verzahnung
5: Dichtdeckel
6: Befestigungsschraube
7: Endanschlag „Früh“
8: Flügel
9: Endanschlag „Spät“
10: Nockenwellenversteller
11: Vorsprung
12: Nockenwellenversteller
13: Kurbelwelle
14: Zugtrum
15: Lostrum
16: Zweite Spanneinrichtung
17: Erste Spanneinrichtung
18: Druckraum
19: Druckraum
20: Führungsschiene

ZITATE ENTHALTEN IN DER BESCHREIBUNG
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Zitierte Patentliteratur

DE 10064222 A1 [0004]

Claims

Nockenwellenverstelleinrichtung für eine Brennkraftmaschine mit einem von einer Kurbelwelle (13) der Brennkraftmaschine über einen Endloszugmitteltrieb (2) angetriebenen Nockenwellenversteller (10, 12) mit einem Stator (1), einem drehfest mit der Nockenwelle verbundenen Rotor (3), zwischen dem Stator (1) und dem Rotor (3) angeordneten Arbeitskammern, welche durch dem Rotor (3) zugeordnete Flügel (8) in Druckräume (18, 19) unterteilt sind, wenigstens einer Verriegelungseinrichtung zur rotatorischen Verriegelung des Rotors (3) gegenüber dem Stator (1), dadurch gekennzeichnet, dass in einem zwischen der Kurbelwelle (13) und dem Stator (1) vorgesehenen Lostrum (15) des Endloszugmitteltriebes (2) eine erste Spanneinrichtung (17) vorgesehen ist, welche zur Verriegelung der Verriegelungseinrichtung in Richtung einer Verlängerung des Lostrums (15) betätigt wird und dadurch ein entgegen der vorbestimmten Drehrichtung des Stators (1) wirkenden Drehmoment auf den Nockenwellenversteller (10, 12) ausübt.
Nockenwellenverstelleinrichtung nach Anspruch 1, dadurch gekennzeichnet, dass in einem Zugtrum (14) des Endloszugmittels (2) eine zweite Spanneinrichtung (16) vorgesehen ist.
Nockenwellenverstelleinrichtung nach Anspruch 2, dadurch gekennzeichnet, dass die zweite Spanneinrichtung (16) einer feststellbaren Führungsschiene (20) zugeordnet ist.