DE102016200790A1

DE102016200790A1 - Nockenwellenverstellsystem mit einer Grundreibungs-Rückstellfeder

Info

Publication number: DE102016200790A1
Application number: DE102016200790.4A
Authority: DE
Inventors: Joachim Dietz
Original assignee: Schaeffler Technologies AG and Co KG
Current assignee: Schaeffler Technologies AG and Co KG
Priority date: 2016-01-21
Filing date: 2016-01-21
Publication date: 2017-07-27

Abstract

Nockenwellenverstellsystem (1) für den Einsatz in einer Verbrennungskraft-maschine, mit einem ersten Versteller (2), der eine als Hohlwelle ausgestaltete erste Nockenwelle (4) und eine als Vollwelle ausgestaltete zweite Nockenwelle (5) gemeinsam verstellt, so wie mit einem zweiten Versteller (3), der die erste Nockenwelle (4) und die zweite Nockenwelle (5) relativ zueinander verstellt, wobei der erste Versteller (2) und/oder der zweite Versteller (3) dazu vorbereitet sind/ist, zumindest eine der Nockenwellen (4, 5) in Richtung früh und/oder in Richtung spät zu verstellen, sowie mit einer Rückstellfeder (10), die derart an-geordnet ist, dass sie auf die erste Nockenwelle (4) und auf die zweite Nockenwelle (5) wirkt, wobei die Rückstellfeder (10) derart angeordnet und ausgerichtet ist, dass sie zumindest eine Nockenwelle (4, 5) in Richtung spät verstellt.

Description

Die Erfindung betrifft ein Nockenwellenverstellsystem für den Einsatz in einer Verbrennungskraftmaschine, mit einem ersten Versteller, der eine als Hohlwelle ausgestaltete erste Nockenwelle und eine als Vollwelle ausgestaltete zweite Nockenwelle gemeinsam verstellt, so wie mit einem zweiten Versteller, der die erste Nockenwelle und die zweite Nockenwelle relativ zueinander verstellt, wobei der erste Versteller und/oder der zweite Versteller dazu vorbereitet sind/ist, zumindest eine der Nockenwellen in Richtung früh und/oder in Richtung spät zu verstellen, sowie mit einer Rückstellfeder, die derart angeordnet ist, dass sie auf die erste Nockenwelle und auf die zweite Nockenwelle wirkt.
Die Offenlegungsschrift US 2015/0285107 A1 offenbart ein Nockenwellenverstellsystem mit zwei axial zueinander versetzten Nockenwellen, wobei die eine Nockenwelle eine einstellbare Nockenwelle ist, und wobei die andere Nockenwelle eine nichteinstellbare Nockenwelle ist. Der Mechanismus zum Verstellen der einstellbaren Nockenwelle basiert auf einer Hohlwelle und einer darin angeordneten Vollwelle. Die Relativrotation dieser beiden Wellen wird hydraulisch gesteuert. In einem Zustand, in dem kein oder wenig Hydraulikdruck anliegt, sorgt eine spiralförmige Rückstellfeder dafür, dass sich die Vollwelle und die Hohlwelle zueinander ausrichten. In einer Betriebsstellung, in der eine Phase kurz vor einem Starten des Motors vorverschoben ist, eignet sich die Rückstellfeder, die Phase mittels einer Rückverstellung in ihre Standardposition zu versetzen.
Ebenfalls dem Stand der Technik zugehörig ist das Dokument DE 10 2014 107 798 A1 . Hierbei ist eine hydraulisch steuerbare Nockenwelle-in-Nockenwelle-Vorrichtung eines Systems mit variabler Ventilöffnungsdauer offenbart. Um auch hier in einem Zustand, in dem kein Hydraulikdruck anliegt, eine Ausgangsstellung von zwei relativ zueinander verstellten/verstellbaren Nocken zu bewirken, ist eine spiralförmige Rückstellfeder angeordnet. Hierbei bietet sich die Möglichkeit, diese Rückstellfeder entweder an einem Ende der Nockenwelle zu montieren, oder sie entlang der Welle zwischen zwei zueinander verstellbaren Nocken anzubringen.
Eine gattungsgemäße Vorrichtung ist weiterhin in der Offenlegungsschrift US 2015/0176440 A1 offenbart. Zwei Nockenwellen, von denen eine steuerbar und die andere nicht steuerbar ist, sind hier koaxial zueinander angeordnet. Die steuerbare Nockenwelle ist wiederum mittels eines Hohlwelle/Vollwelle-Mechanismus realisiert.
Es gilt, dass aus dem Stand der Technik bereits hydraulische Verstellsysteme für Nockenwelle-in-Nockenwelle-Anwendungen/Cam-in-Cam-Anwendungen bekannt sind. Diese Verstellsysteme weisen nur teilweise Rückstellfedern auf. Hierbei gilt, dass die Rückstellfedern entgegen der Grundreibung der Nockenwelle wirken, um diese zu kompensieren.
Somit sind aus dem Stand der Technik Vorrichtungen bekannt, die eine Relativverstellung von zwei Nockenwellen zueinander vornehmen. Diese Nockenwellen rotieren funktionsgemäß in eine vorgegebene Richtung. Aus diesem Grund ist zwischen den Nockenwellen und einem motorfesten, nicht rotierenden Bauteil, eine Nockenwellenlagerung angeordnet, die eine richtungsgerichtete Grundreibung hat. Um die Nockenwellen zueinander rückstellen zu können, ist zumindest eine Rückstellfeder angeordnet.
Die Nachteile des in diesen Druckschriften offenbarten Standes der Technik liegen darin, dass die Rückstellfedern aufgrund der Reibung zwischen der Nockenwelle und ihrer Lagerung einer großen Reibung entgegenwirken. Somit besitzen sie eine starke Vorspannung, was sich negativ auf ihre Wirtschaftlichkeit und ihr Gewicht auswirkt.
Es ist somit die Aufgabe der vorliegenden Erfindung, die Nachteile aus dem Stand der Technik zu beheben, und insbesondere eine Lösung dafür zu präsentieren, dass die Anforderungen an die Rückstellfedern des Nockenwellenverstellsystems sinken.
Dies wird erfindungsgemäß dadurch gelöst, dass die Rückstellfeder derart angeordnet und ausgerichtet ist, dass sie zumindest eine Nockenwelle in Richtung spät verstellt. Somit wirkt die Rückstellfeder in der gleichen Richtung wie die Grundreibung der Nockenwelle, was die von ihr hervorzurufende Kraft senkt. Somit müssen Rückstellfedern weniger vorgespannt werden, was sich positiv auf Bauraum, Gewicht und Wirtschaftlichkeit auswirkt.
Vorteilhafte Ausführungsformen sind in den Unteransprüchen beansprucht und werden nachfolgend näher erläutert.
So ist es von Vorteil, wenn die Rückstellfeder eine solche Anordnung und Ausrichtung aufweist, dass sie auf die erste Nockenwelle und die zweite Nockenwelle auseinanderverstellend wirkt. Somit ist in einem Stadium, in dem ein Hydraulikdruck nicht für eine gezielte Verstellung, die dem jeweils herrschenden Betriebszustand entspricht, anliegt, eine solche Kraft an den beiden Nockenwellen wirkend, dass diese relativ zueinander weiter entfernt werden. Es erhöht sich somit die Ventilöffnungsdauer.
Wenn die Rückstellfeder so angeordnet und ausgerichtet ist, dass sie auf die erste Nockenwelle und die zweite Nockenwelle aufeinander zu stellend wirkt, folgt daraus, dass die zueinander verstellten Nocken in einem Stadium, in dem kein Hydraulikdruck anliegt, in die Position der kürzesten Ventilöffnungszeiten rückverstellt werden. Dies bewirkt, dass beispielsweise bei einem Kaltstart möglichst geringe Ventilöffnungszeiten herrschen, was zu einer wenig Treibstoff verbrauchenden Kaltstartphase führt.
Eine weitere vorteilhafte Ausführungsform zeichnet sich dadurch aus, dass die Rückstellfeder so angeordnet und ausgerichtet ist, dass sie auf die erste Nockenwelle und die zweite Nockenwelle gekoppelt zueinander starr verstellend wirkt. Somit ist die Rückstellfeder für ein Verstellen der Vollwelle und der Hohlwelle in gleichbleibendem Relativabstand verantwortlich. So bewirkt sie keine Relativverstellung der beiden Wellen. Auf diese Weise kann bei dem Wegfallen des Hydraulikdrucks eine Ausgangssituation hervorgerufen werden, in der die Ventilöffnungszeiten unverändert bleiben. Weiterhin zeigt jene Ausführungsform, dass die erfindungsgemäße Anordnung der Rückstellfeder hoch flexibel und an sämtliche Betriebsbedingungen anpassbar ist.
In anderen Worten kann gesagt werden, dass das Ziel von Nockenwellensystemen/Nockenwellenverstellsystemen bei 4-Ventil-Motoren ist, dass auf der Einlassseite nur eins von zwei vorhandenen Gaswechselventilen pro Zylinder, beziehungsweise nur einer von zwei Nocken, jedoch beide Ventile, verstellt werden, und somit die Phase entweder des jeweiligen Nockens, oder des Gaswechselventils, zu verschieben. Für jene Phasenverschiebung eignet sich ein Versteller, der eine innere Welle mit dem darauf verbundenen Nocken relativ zu einer äußeren Welle und den darauf festgesetzten Nocken verstellt.
Bei der Lösung mit einem Versteller an dem einen Ende der Nockenwelle und dem anderen Versteller an dem anderen Ende der Nockenwelle, wird die Energie des Ventiltriebes der Nockenwelle für die Verstellung genutzt. Die Energie wird (unter anderem) von den Federn der Gaswechselventile zur Verfügung gestellt. Diese Energie liegt insbesondere dann vor, wenn beide Ventile eines Zylinders gleichzeitig geöffnet werden. Auf diese Weise kann die auflaufende Flanke für eine Verstellung nach spät und die ablaufende Flanke für eine Verstellung nach früh genutzt werden. Wenn der hintere Versteller eine Verstellung nach spät eingeleitet hat und dadurch ein Ventil eines Zylinders später geöffnet wird, steht für das verstellte Ventil beziehungsweise den verstellten Nocken die auflaufende Flanke nicht mehr zur Verfügung. Das Öffnen des Ventils erfolgt über den ersten Nocken, während der zweite, verstellte Nocken das Ventil wieder schließt. Dies hat zur Folge, dass die Verstellgeschwindigkeit, also die Änderung des Winkels pro Änderung der Zeit, des hinteren Verstellers in Richtung spät stark abnimmt.
Um diese Verstellgeschwindigkeit des hinteren Verstellers in Richtung spät zu erhöhen wird erfindungsgemäß eine Feder, die in Richtung spät wirkt, eingesetzt, um jene Verstellung zu unterstützen. Somit wirkt die erfindungsgemäße Feder nicht gegen die Nockenwellenreibung Richtung früh, sondern in Richtung spät.
Die Erfindung wird nachfolgend mittels Figuren näher erläutert.
Es zeigen:
1 eine schematische Ansicht eines Nockenwellensystems;
2a einen auf einer Nockenwelle befestigten Nocken in einer ersten Position;
2b einen Momentenverlauf abhängig von einem Nockenwellenwinkel;
3a die Ansicht aus 2a in einem anderen Betriebszustand; und
3b einen Momentenverlauf in einer weiteren Betriebsstellung.
Die Figuren sind lediglich schematischer Natur und dienen ausschließlich dem Verständnis der Erfindung. Die gleichen Elemente sind mit denselben Bezugszeichen versehen. Die Merkmale der einzelnen Ausführungsbeispiele können untereinander ausgetauscht werden.
1 zeigt ein Nockenwellensystem/Nockenwellenverstellsystem 1 mit einem ersten Versteller 2, der an dem einen Ende der Nockenwelle angeordnet ist, während ein zweiter Versteller 3 an dem anderen Ende angeordnet ist. Eine erste Nockenwelle 4 ist als Hohlwelle ausgestaltet. Im Gegensatz dazu ist eine zweite Nockenwelle 5 als Vollwelle konzentrisch zur ersten Nockenwelle 4 ausgestaltet. Auf der ersten Nockenwelle 4 sitzt ein erster Nocken 6. Dieser ist mittels des Nockenwellenverstellsystems 1 gegenüber einem zweiten Nocken 7 relativ verstellbar. Der erste Nocken 6 ist auf der ersten Nockenwelle 4 angeordnet, während der zweite Nocken 7 auf der zweiten Nockenwelle 5 angeordnet ist. Ein gemeinsamer Teller 8 öffnet, von dem ersten Nocken 6 und dem zweiten Nocken 7 betätigt, Ventile 9. Eine am zwischen der ersten Nockenwelle 4 und der zweiten Nockenwelle 5 angeordnete Rückstellfeder 10 ist dazu geeignet, die erste Nockenwelle 4 zur zweiten Nockenwelle 5 und somit den ersten Nocken 6 zum zweiten Nocken 7 in einen Zustand, in dem weder der erste Versteller 2, noch der zweite Versteller 3 über einen Hydraulikdruck Kräfte auf die beiden Wellen 4 und 5 auswirken, zurückzustellen. Die Rückstellfeder 10 ist am zweiten Versteller 3 angeordnet.
2a stellt einen auf einer Nockenwelle angeordneten Nocken dar. Hierbei kann es sich sowohl um die erste Nockenwelle 4 mit dem ersten Nocken 6, als auch um die zweite Nockenwelle 5 mit dem zweiten Nocken 7 handeln. Dadurch, dass die Ansicht einen Querschnitt darstellt, sind die beiden Nocken mit identischer Kontur perspektivisch nicht voneinander zu unterscheiden. Durch die von dem Pfeil angedeutete Drehrichtung ergibt sich, dass eine mit 13 gekennzeichnete Flanke die ablaufende Flanke ist, während 14 die auflaufende Flanke darstellt.
2b stellt einen Momentenverlauf über den Winkel der Nocken dar. Hierbei ist die auflaufende Flanke 14 wieder mit einer gestrichelten Linie gekennzeichnet, während die ablaufende Flanke 13 mit einer durchgezogenen Linie dargestellt ist. Das Bezugszeichen 11 gibt das Momentenmaximum an, während 12 für das Momentenminimum steht. 2b stellt einen ersten Betriebszustand dar, der dem aus 2a entspricht.
3a stellt einen zweiten Betriebszustand dar, der sich von dem aus den 2a und 2b unterscheidet. Hierbei ist ersichtlich, dass ein verstellter Nocken 15 eine andere Winkelphase einnimmt als ein unverstellter Nocken 16. Ob es sich bei dem verstellten beziehungsweise unverstellten Nocken um den ersten oder zweiten Nocken handelt hängt davon ab, was für eine Verstellung vorgenommen wurde. Die durch den Pfeil angedeutete Drehrichtung verdeutlicht jedoch, dass die gestrichelt dargestellte auflaufende Flanke 14 ein Eintauchen der Ventile nach sich zieht, während die durchgezogene ablaufende Flanke 13 ein Schließen der Gaswechselventile bewirkt.
3b stellt den Betriebszustand aus 3a dar. Ein Momentenmaximum 17 ist an der gleichen Winkelposition wie das zuvor dargestellte Momentenmaximum 11. Die Verstellung hat jedoch eine Verschiebung 18 hervorgerufen, die sich entsprechend auf den Momentenverlauf auswirkt.
Bezugszeichenliste

1: Nockenwellensystem
2: erster Versteller
3: zweiter Versteller
4: erste Nockenwelle
5: zweite Nockenwelle
6: erster Nocken
7: zweiter Nocken
8: Teller
9: Ventile
10: Rückstellfeder
11: Momentenmaximum
12: Momentenminimum
13: ablaufende Flanke
14: auflaufende Flanke
15: verstellter Nocken
16: unverstellter Nocken
17: Momentenmaximum
18: Verschiebung

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

US 2015/0285107 A1 [0002]
DE 102014107798 A1 [0003]
US 2015/0176440 A1 [0004]

Claims

Nockenwellenverstellsystem (1) für den Einsatz in einer Verbrennungskraftmaschine, mit einem ersten Versteller (2), der eine als Hohlwelle ausgestaltete erste Nockenwelle (4) und eine als Vollwelle ausgestaltete zweite Nockenwelle (5) gemeinsam verstellt, so wie mit einem zweiten Versteller (3), der die erste Nockenwelle (4) und die zweite Nockenwelle (5) relativ zueinander verstellt, wobei der erste Versteller (2) und/oder der zweite Versteller (3) dazu vorbereitet sind/ist, zumindest eine der Nockenwellen (4, 5) in Richtung früh und/oder in Richtung spät zu verstellen, sowie mit einer Rückstellfeder (10), die derart angeordnet ist, dass sie auf die erste Nockenwelle (4) und auf die zweite Nokkenwelle (5) wirkt, dadurch gekennzeichnet, dass die Rückstellfeder (10) derart angeordnet und ausgerichtet ist, dass sie zumindest eine Nockenwelle (4, 5) in Richtung spät verstellt.
Nockenwellenverstellsystem (1) nach Anspruch 1, dadurch gekennzeichnet, dass die Rückstellfeder (10) derart angeordnet und ausgerichtet ist, dass sie auf die erste Nockenwelle (4) und die zweite Nockenwelle (5) auseinanderverstellend wirkt.
Nockenwellenverstellsystem (1) nach einem der Ansprüche 1 oder 2, dadurch gekennzeichnet, dass die Rückstellfeder (10) so angeordnet und ausgerichtet ist, dass sie auf die erste Nockenwelle (4) und die zweite Nockenwelle (5) aufeinander zu stellend wirkt.
Nockenwellenverstellsystem (1) nach einem der Ansprüche 1 bis 3, dadurch gekennzeichnet, dass die Rückstellfeder (10) so angeordnet und ausgerichtet ist, dass sie auf die erste Nockenwelle (4) und die zweite Nockenwelle (5) gekoppelt zueinander starr verstellend wirkt.