DE10228354B4

DE10228354B4 - Vorrichtung zur Druckversorgung einer Nockenwellen-Verstelleinrichtung

Info

Publication number: DE10228354B4
Application number: DE10228354.0A
Authority: DE
Inventors: Dipl.-Ing.(FH) Schäfer Helmut
Original assignee: Daimler AG
Current assignee: Mercedes Benz Group AG
Priority date: 2002-06-25
Filing date: 2002-06-25
Publication date: 2017-06-22
Anticipated expiration: 2022-06-26
Also published as: DE10228354A1

Abstract

Vorrichtung (5) zur Druckversorgung einer Nockenwellen-Verstelleinrichtung (4), mit einem Druckspeicher (6) zur Aufnahme eines Druckmediums und mit einer Druckerzeugungseinrichtung (7) zum Aufbringen von Druck auf das Druckmedium, um dasselbe zu der Nockenwellen-Verstelleinrichtung (4) zu fördern und der Druckspeicher (6) und die Druckerzeugungseinrichtung (7) innerhalb der einen inneren Hohlraum (8) aufweisenden Nockenwelle (1) angeordnet sind, dadurch gekennzeichnet, dass die Druckerzeugungseinrichtung (7) ein zumindest mittelbar auf den Druckspeicher (6) wirkendes Gasdruckpolster (9) aufweist.

Description

Die Erfindung betrifft eine Vorrichtung zur Druckversorgung einer Nockenwellen-Verstelleinrichtung nach der im Oberbegriff von Anspruch 1 näher definierten Art. Des Weiteren betrifft die Erfindung eine Brennkraftmaschine.
Eine Vorrichtung zur Druckversorgung einer Nockenwellen-Verstelleinrichtung ist aus der DE 197 45 729 A1 bekannt. Der Druckspeicher dieser Vorrichtung ist mit Öl gefüllt, dessen Druck mittels einer Schmierölpumpe erzeugt wird. Bei nicht ausreichendem Förderdruck der Schmierölpumpe wird der Druck in dem Druckspeicher durch den Kraftstoffdruck der Brennkraftmaschine erzeugt.
Zum einen ist es jedoch schon aus Sicherheitsgründen nicht unproblematisch, den Kraftstoff einer Brennkraftmaschine als Druckerzeugungsmittel zu verwenden. Zum anderen ist bei dieser Vorrichtung nachteilig, dass der Druckspeicher innerhalb des Motorraums eines Kraftfahrzeugs, in dem solche Vorrichtungen hauptsächlich verwendet werden, verhältnismäßig viel Platz benötigt. Dies gilt auch für die verschiedenen Zu- und Ableitungen, die von dem Druckspeicher zu der Nockenwellen-Verstelleinrichtung geführt werden müssen.
Auch die in der DE 195 29 277 A1 beschriebene Vorrichtung bringt den Nachteil des verhältnismäßig großen Raumbedarfs mit sich.
Die gattungsbildende US 2003/01889704 A1 offenbart eine Vorrichtung zur Druckversorgung einer Nockenwellen-Verstelleinrichtung, mit einem Druckspeicher zur Aufnahme eines Druckmediums und mit einer Druckerzeugungseinrichtung zum Aufbringen von Druck auf das Druckmedium, um dasselbe zu der Nockenwellen-Verstelleinrichtung zu fördern. Der Druckspeicher und die Druckerzeugungseinrichtung sind innerhalb der einen inneren Hohlraum aufweisenden Nockenwelle angeordnet.
Es ist daher Aufgabe der vorliegenden Erfindung, eine Vorrichtung zur Druckversorgung einer Nockenwellen-Verstelleinrichtung zu schaffen, die einen einfachen Aufbau besitzt, nur einen geringen Platzbedarf erfordert und insbesondere in der Lage ist, der Nockenwellen-Verstelleinrichtung innerhalb sehr kurzer Zeit eine ausreichende Menge an Druckmedium zur Verfügung zu stellen.
Erfindungsgemäß wird diese Aufgabe durch die in Anspruch 1 genannten Merkmale gelöst.
Durch die Anordnung des Druckspeichers und der Druckerzeugungseinrichtung innerhalb der Nockenwelle wird eine erhebliche Raumeinsparung erreicht, was besonders bei modernen Brennkraftmaschinen mit einer immer größer werdenden Anzahl von Zusatzaggregaten sehr vorteilhaft ist, da hierdurch mehr Platz im Motorraum zur Verfügung steht.
Ein weiterer Vorteil der erfindungsgemäßen Konstruktion ist die Tatsache, dass zu jedem Zeitpunkt und innerhalb einer sehr geringen Zeitspanne eine ausreichende Menge an Druckmittel für die Nockenwellen-Verstelleinrichtung zur Verfügung gestellt werden kann, um mit derselben die Nockenwelle sehr schnell verstellen zu können. Erfindungsgemäß wird außerdem eine Reduzierung des Ölfordervolumens erreicht, was den Energieeigenverbrauch der Brennkraftmaschine verringert.
Eine innerhalb der Nockenwelle nur einen sehr geringen Raumbedarf benötigende Ausgestaltung der Erfindung ist gegeben, wenn die Druckerzeugungseinrichtung ein zumindest mittelbar auf den Druckspeicher wirkendes Gasdruckpolster aufweist.
Weitere vorteilhafte Ausgestaltungen und Weiterbildungen der Erfindung ergeben sich aus den restlichen Unteransprüchen sowie aus den nachfolgend anhand der Zeichnung prinzipmäßig dargestellten Ausführungsbeispielen.
Dabei zeigen:
1 eine erste Ausführungsform der erfindungsgemäßen Vorrichtung zur Druckversorgung einer Nockenwellen-Verstelleinrichtung; und
2 eine zweite Ausführungsform der erfindungsgemäßen Vorrichtung zur Druckversorgung einer Nockenwellen-Verstelleinrichtung.
1 zeigt einen Schnitt durch eine Nockenwelle 1 für eine in ihrer Gesamtheit nicht dargestellte Brennkraftmaschine. Die Nockenwelle 1 weist insgesamt vier Nocken 2 auf und ist im vorliegenden Fall an zwei Lagerstellen 3a und 3b gelagert. Selbstverständlich kann die Anzahl der Nocken 2 und der Lagerstellen 3a bzw. 3b von der in den 1 und 2 dargestellten Anzahl beliebig abweichen.
Um die Nockenwelle 1 in an sich bekannter Weise während des Betriebs der Brennkraftmaschine um ihre Längsachse verdrehen zu können, ist an einem Ende der Nockenwelle 1 eine beispielsweise über eine nicht dargestellte Zentralschraube mit der Nockenwelle 1 verbundene Nockenwellen-Verstelleinrichtung 4 angeordnet, deren Aufbau nicht näher dargestellt, jedoch ebenso wie ihre Funktion an sich bekannt ist.
Die Nockenwellen-Verstelleinrichtung 4 wird durch den Druck eines Druckmediums, im vorliegenden Fall Öl, verstellt. Hierzu ist eine Vorrichtung 5 zur Druckversorgung der Nockenwellen-Verstelleinrichtung 4 vorgesehen, welche einen Druckspeicher 6 zur Aufnahme des Druckmediums und eine Druckerzeugungseinrichtung 7 zum Aufbringen von Druck auf das Druckmedium aufweist.
Um eine möglichst geringe Baugröße der Vorrichtung 5 zu erreichen, sind der Druckspeicher 6 und die Druckerzeugungseinrichtung 7 innerhalb eines inneren Hohlraums 8 der Nockenwelle 1 angeordnet. Die Druckerzeugungseinrichtung 7 weist ein Gasdruckpolster 9 auf, welches über einen innerhalb des Hohlraums 8 der Nockenwelle 1 zwischen den beiden angedeuteten Positionen A und B verschieblich angeordneten Kolben 10 auf den Druckspeicher 6 wirkt. Hierbei ist der ebenfalls zu der Druckerzeugungseinrichtung 7 gehörende Kolben 10 mittels zweier Dichtungselemente 11 und 12 gegenüber dem Gasdruckpolster 9 einerseits und dem sich innerhalb des Druckspeichers 6 befindlichen Druckmedium andererseits abgedichtet. Die Wandung des Hohlraums 8 wirkt dabei als Laufbahn für den Kolben 10 und kann gegebenenfalls entsprechend bearbeitet sein.
Von der Lagerstelle 3a führen im vorliegenden Fall mehrere über den Umfang der Nockenwelle 1 verteilte Zuleitungen 13 zu dem Druckspeicher 6, von welchem eine Versorgungsleitung 14 zu der Nockenwellen-Verstelleinrichtung 4 führt, um das Druckmedium zu derselben zu fördern. Auf der der Nockenwellen-Verstelleinrichtung 4 gegenüberliegenden Seite der Nockenwelle 1 ist das Gasdruckpolster 9 mittels eines Deckels 15 verschlossen.
Das Gasdruckpolster 9 kann beispielsweise dadurch erzeugt werden, dass nach dem Einbau des Kolbens 10 in den Hohlraum 8 eine Tablette mit Stickstoff in gefrorener, also fester Form eingebracht und anschließend der Deckel 15 mit der Nockenwelle 1 fest verbunden wird, was beispielsweise durch Elektronenstrahl- oder Laserschweißen geschehen kann. Bei Erreichen einer bestimmten Temperatur geht der Stickstoff in den gasförmigen Zustand über und vergrößert entsprechend sein Volumen, wodurch das Gasdruckpolster 9 entsteht. Je nach Volumen der Tablette verändert sich selbstverständlich auch das Volumen des Gasdruckpolsters 9.
Der Betrieb der Vorrichtung 5 zur Druckversorgung der Nockenwellen-Verstelleinrichtung 4 geht wie folgt vor sich: Nach dem Starten der Brennkraftmaschine baut sich in dem Öl ein Druck auf, so dass dasselbe über die Zuleitungen 13 in den Druckspeicher 6 gelangt. Der gegenüber dem Druck des Gasdruckpolsters 9 höhere Öldruck sorgt dafür, dass der Kolben 10 das Gasdruckpolster 9 komprimiert und auf diese Weise das Volumen des Druckspeichers 6 vergrößert. Die Größe des Druckspeichers 6 mit dem darin enthaltenen Druckmedium kann auf diese Weise abhängig von der Größe der Nockenwelle 1 und des Hohlraums 8 bis zu 100 cm³ und mehr erreichen. Im normalen Betrieb der Brennkraftmaschine beträgt der Öldruck ca. 3–5 bar. Dies bedeutet, dass der in dem Gasdruckpolster 9 herrschende Druck entsprechend geringer sein sollte.
Fordert nun die Nockenwellen-Verstelleinrichtung 4 Öl an, so wird dieses aus dem Druckspeicher 6 über die Versorgungsleitung 14 angesaugt, wobei das Gasdruckpolster 9 über den Kolben 10 zusätzlich auf den Druckspeicher 6 wirkt und damit das Entleeren des Druckspeichers 6 und das Einströmen des Öls in, die Nockenwellen-Verstelleinrichtung 4 beschleunigt. Hierbei ist, unter Beachtung der oben angegebenen Grenze aufgrund des Öldrucks, ein möglichst hoher Druck des Gasdruckpolster 9 anzustreben, um eine kleinstmögliche Entleerungszeit des Druckspeichers 6 zu erreichen. Auf diese Weise ist also ständig eine verhältnismäßig große Ölmenge in unmittelbarer Nähe der Nockenwellen-Verstelleinrichtung 4 zwischengespeichert, so dass die Nockenwelle 1 innerhalb kürzester Zeit verstellt werden kann.
Bei der Ausführungsform der Vorrichtung 5 gemäß 2, in der nur die gegenüber 1 veränderten Teile dargestellt sind, wird auf den Kolben 10 verzichtet. Statt dessen befindet sich das Gasdruckpolster 9 innerhalb einer flexiblen Umhüllung 16, welche unmittelbar auf das Druckmedium innerhalb des Druckspeichers 6 wirkt. Somit wirkt die Druckerzeugungseinrichtung 7 in dieser Ausführungsform direkt auf den Druckspeicher 6.
Diese auch als Blasenspeicher bezeichnete Ausführungsform stellt eine einfachere Lösung dar, insbesondere wenn die flexible Umhüllung 16 mit dem Gasdruckpolster 9 und dem Deckel 15 ein Einlegeteil 17 bildet, welches bei der Montage in den Hohlraum 8 der Nockenwelle 1 eingebracht wird. Bei der Verwendung eines solchen Blasenspeichers ist es außerdem nicht erforderlich, den inneren Hohlraum 8 als Laufbahn für den Kolben 10 auszuführen, da dieser nicht vorhanden ist.
In nicht dargestellter Weise könnte die Druckerzeugungseinrichtung 7 auch ein Federelement aufweisen, welches unmittelbar auf den dann wiederum vorgesehenen Kolben 10 wirken könnte, so dass das Gasdruckpolster 9 verzichtbar wäre.
Des weiteren könnte statt des beschriebenen Blasenspeichers auch ein Membranspeicher eingesetzt werden, auf dessen einer Seite sich das Gasdruckpolster 9 und auf der anderen Seite der Druckspeicher 6 befinden könnte.
Bei der Nockenwelle 1 kann es sich beispielsweise um eine gebaute Nockenwelle handeln, bei der also die Nocken 2 nicht einstückig mit der Nockenwelle 1 ausgeführt sind, sondern an derselben beispielsweise über Befestigungselemente angebracht sind. Selbstverständlich ist die Vorrichtung 5 jedoch auch bei einer geschmiedeten Nockenwelle 1 verwendbar, wenn diese den Hohlraum 8 aufweist.

Claims

Vorrichtung (5) zur Druckversorgung einer Nockenwellen-Verstelleinrichtung (4), mit einem Druckspeicher (6) zur Aufnahme eines Druckmediums und mit einer Druckerzeugungseinrichtung (7) zum Aufbringen von Druck auf das Druckmedium, um dasselbe zu der Nockenwellen-Verstelleinrichtung (4) zu fördern und der Druckspeicher (6) und die Druckerzeugungseinrichtung (7) innerhalb der einen inneren Hohlraum (8) aufweisenden Nockenwelle (1) angeordnet sind, dadurch gekennzeichnet, dass die Druckerzeugungseinrichtung (7) ein zumindest mittelbar auf den Druckspeicher (6) wirkendes Gasdruckpolster (9) aufweist.
Vorrichtung (5) nach Anspruch 1, dadurch gekennzeichnet, dass die Druckerzeugungseinrichtung (7) einen innerhalb des Hohlraums (8) der Nockenwelle (1) verschieblich angeordneten Kolben (10) aufweist.
Vorrichtung (5) nach Anspruch 2, dadurch gekennzeichnet, dass das Gasdruckpolster (9) über den Kolben (10) auf den Druckspeicher (6) wirkt.
Vorrichtung (5) nach Anspruch 1, dadurch gekennzeichnet, dass das Gasdruckpolster (9) sich innerhalb einer flexiblen Umhüllung (16) befindet und unmittelbar auf das Druckmedium wirkt.
Vorrichtung (5) nach Anspruch 4, dadurch gekennzeichnet, dass die flexible Umhüllung (16) mit dem Gasdruckpolster (9) und einem Deckel (15) ein Einlegeteil (17) bildet, welches in den inneren Hohlraum (8) der Nockenwelle eingebracht ist.
Vorrichtung (5) nach einem der Ansprüche 1 bis 5, dadurch gekennzeichnet, dass das Gasdruckpolster (9) mittels einer in den inneren Hohlraum (8) der Nockenwelle (1) eingebrachten Stickstofftablette erzeugt wird.
Vorrichtung (5) nach Anspruch 1 bis 6, dadurch gekennzeichnet, dass wenigstens eine Zuleitung (13) zur Zuführung des Druckmediums von einer Lagerstelle (3a) der Nockenwelle (1) zu dem Druckspeicher (6) vorgesehen ist.
Vorrichtung (5) nach Anspruch 7, dadurch gekennzeichnet, dass das Druckmedium Öl ist.