DE102014207986A1

DE102014207986A1 - Nockenwellenversteller

Info

Publication number: DE102014207986A1
Application number: DE102014207986.1A
Authority: DE
Inventors: Jochen Thielen; Olaf Boese; Torsten Zschieschang
Original assignee: Schaeffler Technologies AG and Co KG
Current assignee: Schaeffler Technologies AG and Co KG
Priority date: 2014-04-29
Filing date: 2014-04-29
Publication date: 2015-10-29

Abstract

Vorgeschlagen ist ein hydraulischer Nockenwellenversteller (1) mit einem Abtriebselement (2) und einem Antriebselement (3), wobei das Antriebselement (3) und das Abtriebselement (2) jeweils mehrere Flügel (4) ausbilden, welche Druckkammern (5) definieren, die eine Winkelverstellung zwischen den beiden Elementen (2, 3) bewirken, wobei der Nockenwellenversteller (1) einen Verriegelungsmechanismus (6) aufweist, welcher das Abtriebselement (2) und das Antriebselement (3) in einer Winkellage verriegeln kann, die mittig vom maximal möglichen Verstellbereich ist, und wobei ein Steuerpin (7) im Abtriebselement (2) vorhanden ist, welcher zumindest einen im Flügel (4) des Abtriebselements (2) angeordneten Schiebekolben (8) mittels eines Hydraulikmittelflusses steuern kann, wobei der Schiebekolben (8) einen Hydraulikmittelfluss zwischen den benachbarten Druckkammern (5) durch den Flügel (4) hindurch steuert, dadurch gekennzeichnet, dass der Steuerpin (7) in einer Bohrung (9) des Abtriebselements (2) angeordnet ist und von einer ebenfalls in der Bohrung (9) fixierten Buchse (10) geführt ist, wobei der Steuerpin (7) durch eine Feder (11) beaufschlagt ist, derart, dass im drucklosen Zustand des Steuerpins (7) eine Hydraulikmittelpassage entlang des Steuerpins (7) und durch die Buchse (10) hindurch ermöglicht ist.

Description

Gebiet der Erfindung
Die Erfindung betrifft einen Nockenwellenversteller.
Hintergrund der Erfindung
Nockenwellenversteller werden in Verbrennungsmotoren zur Variation der Steuerzeiten der Brennraumventile eingesetzt, um die Phasenrelation zwischen einer Kurbelwelle und einer Nockenwelle in einem definierten Winkelbereich, zwischen einer maximalen Früh- und einer maximalen Spätposition, variabel gestalten zu können. Die Anpassung der Steuerzeiten an die aktuelle Last und Drehzahl senkt den Verbrauch und die Emissionen. Zu diesem Zweck sind Nockenwellenversteller in einen Antriebsstrang integriert, über welche ein Drehmoment von der Kurbelwelle auf die Nockenwelle übertragen wird. Dieser Antriebsstrang kann beispielsweise als Riemen-, Ketten- oder Zahnradtrieb ausgebildet sein.
Bei einem hydraulischen Nockenwellenversteller bilden das Abtriebselement und das Antriebselement ein oder mehrere Paare gegeneinander wirkende Druckkammern aus, welche mit Hydraulikmittel beaufschlagbar sind. Das Antriebselement und das Abtriebselement sind koaxial angeordnet. Durch die Befüllung und Entleerung einzelner Druckkammern wird eine Relativbewegung zwischen dem Antriebselement und dem Abtriebselement erzeugt. Die auf zwischen dem Antriebselement und dem Abtriebselement rotativ wirkende Feder drängt das Antriebselement gegenüber dem Abtriebselement in eine Vorteilsrichtung. Diese Vorteilsrichtung kann gleichläufig oder gegenläufig zu der Verdrehrichtung sein.
Eine Bauart der hydraulischen Nockenwellenversteller ist der Flügelzellenversteller. Der Flügelzellenversteller weist einen Stator, einen Rotor und ein Antriebsrad mit einer Außenverzahnung auf. Der Rotor ist als Abtriebselement meist mit der Nockenwelle drehfest verbindbar ausgebildet. Das Antriebselement beinhaltet den Stator und das Antriebsrad. Der Stator und das Antriebsrad werden drehfest miteinander verbunden oder sind alternativ dazu einteilig miteinander ausgebildet. Der Rotor ist koaxial zum Stator und innerhalb des Stators angeordnet. Der Rotor und der Stator prägen mit deren, sich radial erstreckenden Flügeln, gegensätzlich wirkende Ölkammern aus, welche durch Öldruck beaufschlagbar sind und eine Relativdrehung zwischen dem Stator und dem Rotor ermöglichen. Die Flügel sind entweder einteilig mit dem Rotor bzw. dem Stator ausgebildet oder als „gesteckte Flügel“ in dafür vorgesehene Nuten des Rotors bzw. des Stators angeordnet. Weiterhin weisen die Flügelzellenversteller diverse Abdichtdeckel auf. Der Stator und die Abdichtdeckel werden über mehrere Schraubenverbindungen miteinander gesichert.
Eine andere Bauart der hydraulischen Nockenwellenversteller ist der Axialkolbenversteller. Hierbei wird über Öldruck ein Verschiebeelement axial verschoben, welches über Schrägverzahnungen eine Relativdrehung zwischen einem Antriebselement und einem Abtriebselement erzeugt.
Eine weitere Bauform eines Nockenwellenverstellers ist der elektromechanische Nockenwellenversteller, der ein Dreiwellengetriebe (beispielsweise ein Planetengetriebe) aufweist. Dabei bildet eine der Wellen das Antriebselement und eine zweite Welle das Abtriebselement. Über die dritte Welle kann dem System mittels einer Stelleinrichtung, beispielsweise ein Elektromotor oder eine Bremse, Rotationsenergie zugeführt oder aus dem System abgeführt werden. Eine Feder kann zusätzlich angeordnet werden, welche die Relativdrehung zwischen Antriebselement und Abtriebselement unterstützt oder zurückführt.
Zusammenfassung der Erfindung
Aufgabe der Erfindung ist es, einen Nockenwellenversteller anzugeben, der eine verbesserte Druckentlastung eines Steuerkanals ermöglicht.
Erfindungsgemäß wird diese Aufgabe durch die Merkmale des Anspruchs 1 gelöst.
Hierdurch wird erreicht, dass ein Steuerkanal des Nockenwellenversteller, welcher die in den Flügeln angeordneten Schiebekolben mit dem Steuerpin kommunizieren lässt, zügig zum Tank entleert werden kann, sobald der Motoröldruck abfällt, bspw. bei Motorstopp.
In einer Ausgestaltung der Erfindung ist diese Hydraulikmittelpassage im bedruckten Zustand des Steuerpins gesperrt. Vorteilhafterweise kann so das Hydraulikmittel im Steuerkanal zu den Schiebekolben gelangen.
In einer vorteilhaften Ausgestaltung ist der Steuerpin im bedruckten Zustand in dichtender Anlage mit der Buchse. Vorteilhafterweise wird so ein Druckabfall im Steuerkanal im bedruckten Zustand vermieden.
In einer besonders bevorzugten Ausgestaltung führt die Hydraulikmittelpassage durch die Feder hindurch. Die Feder wird dabei vom Hydraulikmittel umspült.
In einer Ausgestaltung der Erfindung ist die Feder von der Buchse geführt.
In einer bevorzugten Ausbildung weist die Buchse zumindest eine sich in Längsrichtung der Buchse erstreckende Bohrung auf, welche die Hydraulikmittelpassage ist. Es können mehrere über den Umfang der Buchse gemusterte Bohrungen vorgesehen sein. Auch können die Bohrungen einen voneinander verschiedenen Durchflussquerschnitt aufweisen.
In einer weiteren Ausgestaltung der Erfindung ist die Buchse in der Bohrung mittels eines Form, Kraft- und/oder eines Stoffschlusses befestigt.
In einer Ausbildung der Erfindung ist der Steuerpin oder die Buchse aus einem Nichtmetall ausgebildet.
Kurze Beschreibung der Zeichnungen
Ausführungsbeispiele der Erfindung sind in den Figuren dargestellt.
Es zeigen:
1 einen erfindungsgemäßen Nockenwellenversteller,
2 eine Schnittdarstellung eines erfindungsgemäßen Ventils in einer ersten Schaltstellung und
3 eine Schnittdarstellung eines erfindungsgemäßen Ventils in einer zweiten Schaltstellung.
Detaillierte Beschreibung der Zeichnungen
In der 1 ist ein erfindungsgemäßer Nockenwellenversteller 1 zu erkennen. Der Nockenwellenversteller weist in bekannter Bauform einen von einer Kurbelwelle oder einer sonstigen Antriebswelle antreibbares Antriebselement 3 und einen gegenüber dem Antriebselement 3 drehbar gelagertes Abtriebselement 2 auf.
Das Antriebselement 3 weist in der vorliegenden Ausführungsform vier radial nach innen ragende Flügel 4 auf, welche mit vier radial von dem Abtriebselement 2 nach außen vorstehenden Flügeln 4 Druckkammern 5 unterschiedlicher Wirkrichtung unterteilen. Zur Verstellung des Abtriebselement 2 gegenüber dem Antriebselement 3 wird in die Druckkammer 5 gleicher Wirkrichtung über ein Druckmittelleitsystem Druckmittel, wie z.B. Hydrauliköl, eingeleitet, während das Druckmittel aus den Druckkammern 5 der jeweils anderen Wirkrichtung in ein Druckmittelreservoir zurückgeführt wird. Durch das Einleiten des Druckmittels in die Druckkammern 5 der ersten Wirkrichtung und das Ableiten des Druckmittels aus den Druckkammern 5 der jeweils anderen Wirkrichtung wird das Volumen der Druckkammern 5 der ersten Wirkrichtung vergrößert und das Volumen der Druckkammern 5 der jeweils anderen Wirkrichtung verkleinert, so dass das Abtriebselement 2 entweder im oder entgegen dem Uhrzeigersinn gegenüber dem Antriebselement 3 verdreht wird.
Zur Verstellung des Abtriebselements 2 gegenüber dem Antriebselement 3 wird Steuerkanal 13, die auch als C-Kanal bezeichnet wird, über eine Druckmittelpumpe mit Druck beaufschlagt. Bei einem Abschalten der Brennkraftmaschine wird ein Mehrwegeventil so geschaltet, dass der Steuerkanal 13 nicht mehr mit Druck beaufschlagt wird. In bereits aus dem Stand der Technik bekannten Lösungen fließt das Druckmittel aus dem Steuerkanal 13 dann unmittelbar über das Mehrwegeventil in das Druckmittelreservoir ab.
1 zeigt vier Schiebekolben 8, die in den Flügeln 4 des Abtriebselements 2 positioniert sind und strömungstechnisch mit dem Steuerkanal 13 verbunden sind. Die Schiebekolben 8 sind somit als in den Steuerkanal 13 integriert anzusehen. Alternativ ist es möglich, eine von vier abweichende Anzahl an Schiebekolben 8 vorzusehen. Die Schiebekolben 8 sind in Abhängigkeit des Drucks in dem Steuerkanal 13 steuerbar. Ferner ist ein Steuerpin 7 im Steuerkanal 13 angeordnet, welcher bei Unterschreitung des Druckniveaus im Steuerkanal 13 den Steuerkanal 13 zum Druckmittelreservoir verbindet. Es kann damit zusätzlich zu der Abströmung des Druckmittels über das Mehrwegeventil zumindest eine zusätzliche strömungstechnische Verbindung zwischen dem Steuerkanal 13 und dem Druckmittelreservoir hergestellt werden, damit die Schiebekolben 8 möglichst zügig in ihre drucklose Position überführt werden können.
2 zeigt eine Schnittdarstellung eines erfindungsgemäßen Steuerpins 7 in einer ersten Schaltstellung. Der Steuerpin 7 ist in einer Bohrung 9 des Abtriebselements 2 angeordnet. Die Buchse 10 ist mit der Bohrung 9 fest verbunden. Der Steuerpin 7 ist in der Buchse 9 axial beweglich gelagert und über eine Feder 11, das zwischen der Buchse 9 und dem Steuerpin 7 angeordnet ist, verbunden. Der Steuerpin 7 ist entgegen der Kraft der Feder 11 in Richtung der bewegbar.
Ferner ist 2 zu entnehmen, dass die Buchse 10 mit dem Steuerkanal 13 über mehrere Bohrungen 12 strömungstechnisch verbunden ist. Wird der Steuerkanal 13 mit Druck beaufschlagt ist, so wird der Steuerpin 7 entgegen der Kraft der Feder 11 in Richtung der Buchse 10 verschoben. Die Stirnfläche 14 wirkt damit als Steuerport des Steuerpins 7.
2 zeigt den Steuerpin 7 in einer ersten Schaltstellung, in der der Steuerkanal 13 und damit die Stirnfläche 14 nicht mit Druckmittel beaufschlagt ist. Die Federkraft der Feder 11 ist größer als das vorherrschende Druckniveau im Steuerkanal 13. Die Feder 11 ist entspannt und bewegt den Steuerpin 7 von der Buchse 10 weg. Das Druckmittel kann an der Stirnfläche 14 vorbei und die Feder 11 umströmend durch die Bohrungen 12 der Buchse 10 zum Druckmittelreservoir abfließen. Der Steuerkanal 13 wird entleert und die Schiebekolben 8 werden zügig in ihren drucklosen Zustand überführt.
3 zeigt den Steuerpin 7 in einer zweiten Schaltstellung, in der die Stirnfläche 14 des Steuerpins 7 über den Steuerkanal 13 mit Druckmittel beaufschlagt wird. Der Steuerpin 7 wird dabei entgegen der Kraft der Feder 11 in Richtung der Buchse 10 bewegt. Dabei schiebt sich der die Stirnfläche 14 aufweisende Teil des Steuerpins 7 vor die Bohrungen 12 der Buchse 10, wodurch die strömungstechnische Verbindung blockiert ist. Somit ist eine strömungstechnische Verbindung dem Steuerkanal 13 mit dem Druckmittelreservoir in der zweiten Schaltstellung nicht möglich. Das Druckniveau, bei dem eine strömungstechnische Verbindung zwischen dem Steuerkanal 13 und dem Druckmittelreservoir hergestellt wird, ist über die Vorspannkraft der Feder 11 einstellbar.
Bezugszeichenliste

1: Nockenwellenversteller
2: Abtriebselement
3: Antriebselement
4: Flügel
5: Druckkammer
6: Verriegelungsmechanismus
7: Steuerpin
8: Schiebekolben
9: Bohrung
10: Buchse
11: Feder
12: Bohrung
13: Steuerkanal
14: Stirnfläche

Claims

Hydraulischer Nockenwellenversteller (1) mit einem Abtriebselement (2) und einem Antriebselement (3), wobei das Antriebselement (3) und das Abtriebselement (2) jeweils mehrere Flügel (4) ausbilden, welche Druckkammern (5) definieren, die eine Winkelverstellung zwischen den beiden Elementen (2, 3) bewirken, wobei der Nockenwellenversteller (1) einen Verriegelungsmechanismus (6) aufweist, welcher das Abtriebselement (2) und das Antriebselement (3) in einer Winkellage verriegeln kann, die mittig vom maximal möglichen Verstellbereich ist, und wobei ein Steuerpin (7) im Abtriebselement (2) vorhanden ist, welcher zumindest einen im Flügel (4) des Abtriebselements (2) angeordneten Schiebekolben (8) mittels eines Hydraulikmittelflusses steuern kann, wobei der Schiebekolben (8) einen Hydraulikmittelfluss zwischen den benachbarten Druckkammern (5) durch den Flügel (4) hindurch steuert, dadurch gekennzeichnet, dass der Steuerpin (7) in einer Bohrung (9) des Abtriebselements (2) angeordnet ist und von einer ebenfalls in der Bohrung (9) fixierten Buchse (10) geführt ist, wobei der Steuerpin (7) durch eine Feder (11) beaufschlagt ist, derart, dass im drucklosen Zustand des Steuerpins (7) eine Hydraulikmittelpassage entlang des Steuerpins (7) und durch die Buchse (10) hindurch ermöglicht ist.
Nockenwellenversteller (1) nach Anspruch 1, dadurch gekennzeichnet, dass im bedruckten Zustand des Steuerpins (7) diese Hydraulikmittelpassage gesperrt ist.
Nockenwellenversteller (1) nach Anspruch 1, dadurch gekennzeichnet, dass im bedruckten Zustand des Steuerpins (7) der Steuerpin (7) in dichtender Anlage mit der Buchse (10) ist.
Nockenwellenversteller (1) nach Anspruch 1, dadurch gekennzeichnet, dass die Hydraulikmittelpassage durch die Feder (11) hindurch führt.
Nockenwellenversteller (1) nach Anspruch 1, dadurch gekennzeichnet, dass die Feder (11) von der Buchse (10) geführt ist.
Nockenwellenversteller (1) nach Anspruch 1, dadurch gekennzeichnet, dass die Buchse (10) zumindest eine sich in Längsrichtung der Buchse (10) erstreckende Bohrung (12) aufweist, welche die Hydraulikmittelpassage ist.
Nockenwellenversteller (1) nach Anspruch 1, dadurch gekennzeichnet, dass die Buchse (10) in der Bohrung (9) des Abtriebselement (2) mittels eines Form, Kraft- und/oder eines Stoffschlusses befestigt ist.
Nockenwellenversteller (1) nach Anspruch 1, dadurch gekennzeichnet, dass der Steuerpin (7) und/oder die Buchse (10) aus einem Nichtmetall ausgebildet ist.