DE10315594A1

DE10315594A1 - Nockenwellenverstellvorrichtung

Info

Publication number: DE10315594A1
Application number: DE2003115594
Authority: DE
Inventors: Sven Großmann
Original assignee: DaimlerChrysler AG
Current assignee: Mercedes Benz Group AG
Priority date: 2003-04-05
Filing date: 2003-04-05
Publication date: 2004-10-14

Abstract

Die Erfindung geht aus von einer Nockenwellenverstellvorrichtung zur Änderung einer Drehlage einer Nockenwelle (10a, 10b) zu einer Kurbelwelle (11a, 11b) mit einer Pumpeneinheit (12a, 12b) und einer Hydromotoreinheit (13a, 13b). DOLLAR A Es wird vorgeschlagen, dass eine Antriebsleistung der Nockenwelle (10a, 10b) von der Kurbelwelle (11a, 11b) über ein zumindest im Wesentlichen von der Pumpeneinheit (12a, 12b) und der Hydromotoreinheit (13a, 13b) gebildetes hydraulisches Getriebe (20a, 20b) zur Nockenwelle (10a, 10b) geführt ist.

Description

Die Erfindung betrifft eine Nockenwellenverstellvorrichtung nach dem Oberbegriff des Anspruchs 1.

Bekannt ist, eine Antriebsleistung einer Nockenwelle von einer Kurbelwelle über einen mechanischen Zahnriementrieb oder über einen Kettentrieb zur Nockenwelle zu führen, wobei die Antriebsleistung dazu dient, um Gaswechselventile einer Brennkraftmaschine zu steuern. Sowohl der Zahnriementrieb als auch der Kettentrieb umfassen jeweils ein mit der Kurbelwelle und ein mit der Nockenwelle gekoppeltes Zahnrad, wobei häufig zwischen dem mit der Nockenwelle gekoppelten Zahnrad und der Nockenwelle eine hydraulische Nockenwellenverstellvorrichtung zwischengeschaltet ist. Dabei ist über die Nockenwellenverstellvorrichtung ein Drehwinkel zwischen dem Zahnrad und der Nockenwelle und somit zwischen der Kurbelwelle und der Nockenwelle verstellbar. Die Nockenwellenverstellvorrichtung weist in der Regel eine Hydraulikpumpe und einen Hydromotor auf, der entweder von einem Linearmotor oder von einem hydraulischen Flügelzellenversteller gebildet sein kann. Die Hydraulikpumpe kann über eine Kette von der Kurbelwelle angetrieben oder von einem Bordnetz versorgt werden. Über die Hydraulikpumpe und den Hydromotor ist eine Verstellleistung zur Verstellung einer Drehlage der Nockenwelle zur Kurbelwelle geführt.

Aus der WO 96/26352 ist eine Nockenwellenverstellvorrichtung zur Änderung einer Drehlage einer Nockenwelle zu einer Kur belwelle bekannt, die eine Hydraulikpumpe und einen von der Hydraulikpumpe mit Druckmittel versorgbaren Linearmotor aufweist. Mit dem Linearmotor ist über eine mechanische Verstellvorrichtung die Drehlage der Nockenwelle zur Kurbelwelle verstellbar.

Der Erfindung liegt insbesondere die Aufgabe zugrunde, eine in ihrer Flexibilität gesteigerte Nockenwellenverstellvorrichtung bereitzustellen. Sie wird gemäß der Erfindung durch die Merkmale des Anspruchs 1 gelöst. Weitere Ausgestaltungen ergeben sich aus den Unteransprüchen.

Die Erfindung geht aus von einer Nockenwellenverstellvorrichtung zur Änderung einer Drehlage einer Nockenwelle zu einer Kurbelwelle mit einer Pumpeneinheit und einer Hydromotoreinheit.

Es wird vorgeschlagen, dass eine Antriebsleistung der Nockenwelle von der Kurbelwelle über ein zumindest im Wesentlichen von der Pumpeneinheit und der Hydromotoreinheit gebildetes hydraulisches Getriebe zur Nockenwelle geführt ist. Dabei ist unter Antriebsleistung die Leistung zu verstehen, die zumindest im Wesentlichen zur Steuerung von Gaswechselventilen über die Nockenwelle erforderlich ist. Die Änderung der Drehlage der Nockenwelle zur Kurbelwelle kann vorteilhaft durch eine Übersetzungsänderung des insbesondere hydrostatischen Getriebes erreicht werden. Eine Abhängigkeit von einem Motoröldruck kann zumindest weitgehend vermieden und es kann mit einer besonders geringen Fremdenergie, und zwar im Wesentlichen nur mit einer Hilfsenergie zur Veränderung der Übersetzung, ein Verstellvorgang realisiert werden. Die Drehlage der Nockenwelle zur Kurbelwelle kann beliebig weit verstellt und insgesamt kann eine Nockenwellenverstellvorrichtung mit gesteigerter Flexibilität erreicht werden. Die Pumpeneinheit kann eine oder mehrere Hydraulikpumpen und die Hydromotoreinheit kann einen oder mehrere Hydromotoren umfassen.

Zur Erzielung einer Übersetzungsänderung des Getriebes und somit zur Änderung der Drehlage der Nockenwelle zur Kurbelwelle, kann entweder die Pumpeneinheit und/oder die Hydromotoreinheit verstellbar ausgeführt sein. Ist zumindest eine Komponente, insbesondere eine Hydraulikpumpe, der Pumpeneinheit verstellbar ausgeführt, können über mehrere unverstellbar ausgeführte Hydromotoren konstruktiv einfach gleichzeitig mehrere Nockenwellen verstellt werden. Ist die Hydromotoreinheit verstellbar ausgeführt, können vorteilhaft mit einer oder mit einer geringen Anzahl vorzugsweise unverstellbarer, kostengünstiger Hydraulikpumpen über vorzugsweise mehrere verstellbare Hydromotoren mehrere Nockenwellen vorteilhaft unterschiedlich verstellbar ausgeführt sein, und zwar beispielsweise eine Nockenwelle für Einlassventile und eine Nockenwelle für Auslassventile.

Alternativ oder zusätzlich kann zur Erzielung einer Übersetzungsänderung des Getriebes und somit zur Änderung der Drehlage der Nockenwelle zur Kurbelwelle eine insbesondere separate Ventileinheit vorgesehen sein, wodurch vorteilhaft kostengünstige, unverstellbare Hydraulikpumpen und Hydromotoren verwendet werden können.

In einer weiteren Ausgestaltung wird vorgeschlagen, dass eine Übersetzung des Getriebes im Betrieb über eine Regeleinheit geregelt ist. Ein sich durch Reibung einstellender Verlust kann vorteilhaft ausgeregelt und eine synchrone Drehzahl zwischen der Kurbelwelle und der Nockenwelle kann sicher gewährleistet werden.

Ferner wird vorgeschlagen, dass die Pumpeneinheit und die Hydromotoreinheit zu einer Montageeinheit zusammengefasst sind. Zusätzliche Bauteile, wie insbesondere Gehäuseteile, Bauraum, Gewicht und Montageaufwand können eingespart werden. Eine entsprechende Montageeinheit kann dabei vorteilhaft im Leistungsfluss vor oder nach einem Zahnriemen- oder Kettentrieb angeordnet sein, wobei die Montageeinheit vorteilhaft radial innerhalb eines Zahnrads des Zahnriemen- oder Kettentriebs angeordnet sein kann.

Alternativ können die Pumpeneinheit und die Hydromotoreinheit auch von getrennt montierbaren Einheiten gebildet sein. Die Pumpeneinheit kann vorteilhaft der Kurbelwelle zugeordnet bzw. im Bereich derselben angeordnet und die Hydromotoreinheit kann vorteilhaft der Nockenwelle zugeordnet bzw. im Bereich derselben angeordnet werden, und es kann insbesondere eine Distanz zwischen der Kurbelwelle und der Nockenwelle im Hinblick auf einen Leistungsfluss flexibel mit einer Hydraulikleitung überbrückt werden. Ein Zahnriemen- oder Kettentrieb kann vermieden und Bauteile, Bauraum und Montageaufwand können eingespart werden. Die Hydraulikleitung kann dabei zumindest teilweise von wenigstens einem Schlauch, wenigstens einem Rohr und/oder wenigstens einem in einem vorhandene Bauteile integrierten Kanal gebildet sein.

Weist die Nockenwellenverstellvorrichtung eine Sicherungseinheit zur Begrenzung eines Verdrehwinkels der Nockenwelle zur Kurbelwelle auf, die zudem besonders vorteilhaft im Hinblick auf die Funktion der Antriebsleistungsübertragung eine zum Getriebe redundante Einheit bildet, kann im Störfall eine ungewünschte Drehwinkelverstellung verhindert und es kann vorteilhaft eine so genannte "Limp-home-Funktion" erreicht werden.

Weitere Vorteile ergeben sich aus der folgenden Zeichnungsbeschreibung. In der Zeichnung sind Ausführungsbeispiele der Erfindung dargestellt. Die Beschreibung und die Ansprüche enthalten zahlreiche Merkmale in Kombination. Der Fachmann wird die Merkmale zweckmäßigerweise auch einzeln betrachten und zu sinnvollen weiteren Kombinationen zusammenfassen.

Dabei zeigen:
1 eine schematische Darstellung einer erfindungsgemäßen Nockenwellenverstellvorrichtung und
2 eine schematische Darstellung einer alternativen Nockenwellenverstellvorrichtung mit einer Ventileinheit.
1 zeigt eine erfindungsgemäße Nockenwellenverstellvorrichtung zur Änderung einer Drehlage einer Nockenwelle 10a zu einer Kurbelwelle 11a mit einer von einer Hydraulikpumpe gebildeten Pumpeneinheit 12a und einer von einem Hydromotor gebildeten Hydromotoreinheit 13a.
Eine Antriebsleistung der Nockenwelle 10a wird von der Kurbelwelle 11a über einen Zahnriementrieb 26a und erfindungsgemäß über ein von der Pumpeneinheit 12a und der Hydromotoreinheit 13a gebildetes hydrostatisches Getriebe 20a zur Nockenwelle 10a geführt, und zwar eine Antriebsleistung zur Steuerung bzw. Betätigung von nicht näher dargestellten Gaswechselventilen einer Brennkraftmaschine.
Die Pumpeneinheit 12a und Hydromotoreinheit 13a sind zu einer Montageeinheit 16a zusammengefasst und sind koaxial zur Nockenwelle 10a angeordnet. Die Pumpeneinheit 12a wird dabei über den Zahnriementrieb 26a angetrieben und fördert einen die Hydromotoreinheit 13a antreibenden Volumenstrom. Die Hydromotoreinheit 13a treibt wiederum mit ihrem Rotationsmotor direkt die Nockenwelle 10a rotierend an.
Zur Erzielung einer Übersetzungsänderung und somit zur Änderung der Drehlage der Nockenwelle 10a zur Kurbelwelle 11a, ist die Hydromotoreinheit 13a verstellbar ausgeführt. Alter nativ oder zusätzlich könnte jedoch auch die Pumpeneinheit 12a verstellbar ausgeführt sein, wie dies in 1 angedeutet ist, und/oder es könnte eine Ventileinheit vorgesehen werden, wie dies bei einem zweiten Ausführungsbeispiel in 2 der Fall ist. Anstatt einem verstellbaren Hydromotor könnte die Hydromotoreinheit 13a auch mehrere verstellbare Hydromotoren aufweisen, die über die Pumpeneinheit 12a mit einem Volumenstrom versorgbar und über die mehrere Nockenwellen antreibbar sind.
Um einen insbesondere durch Reibung auftretenden Verlust vorteilhaft ausgleichen zu können und um somit außerhalb eines Verstellvorgangs einen synchronen Lauf zwischen der Kurbelwelle 11a und der Nockenwelle 10a einfach realisieren zu können, ist die Übersetzung des hydrostatischen Getriebes 20a im Betrieb vorteilhaft über eine Regeleinheit 15a geregelt.
Zur Begrenzung eines Verdrehwinkels der Nockenwelle 10a zur Kurbelwelle 11a ist eine Sicherungseinheit 19a vorgesehen. Die Sicherungseinheit 19a umfasst eine mit einer Pumpenwelle 21a drehfest gekoppelte Eingangswelle 22a, eine mit der Nockenwelle 10a drehfest gekoppelte Ausgangswelle 23a und eine Kupplung 24a, die ab einem bestimmten Verdrehwinkel die Eingangswelle 22a und die Ausgangswelle 23a formschlüssig koppelt. Ab einem bestimmten Verdrehwinkel wird das hydrostatische Getriebe 20a überbrückt und der Verdrehwinkel der Nockenwelle 10a zur Kurbelwelle 11a wird begrenzt.
In 2 ist eine alternative Nockenwellenverstellvorrichtung dargestellt. Bei den Ausführungsbeispielen sind in der Beschreibung im Wesentlichen gleiche Bauteile grundsätzlich mit den gleichen Bezugszeichen beziffert, wobei zur Unterscheidung der Ausführungsbeispiele die Buchstaben "a" und "b" hinzugefügt sind. Ferner kann bezüglich gleichbleibender Merkmale und Funktionen auf die Beschreibung zum Ausführungsbeispiel in 1 verwiesen werden. Die nachfolgende Beschreibung beschränkt sich im Wesentlichen auf die Unterschiede zum Ausführungsbeispiel in 1.
Die Nockenwellenverstellvorrichtung in 2 umfasst eine von einer Hydraulikpumpe gebildete Pumpeneinheit 12b und eine von einem Hydromotor gebildete Hydromotoreinheit 13b, die ein hydrostatisches Getriebe 20b bilden, über das eine Antriebsleistung der Nockenwelle 10b zur Steuerung von nicht näher dargestellten Gaswechselventilen geführt ist.
Die Pumpeneinheit 12b und die Hydromotoreinheit 13b sind von getrennt montierbaren Einheiten 17b, 18b gebildet. Die Pumpeneinheit 12b ist koaxial zu einer Kurbelwelle 11b und die Hydromotoreinheit 13b ist koaxial zu einer Nockenwelle 10b angeordnet. Eine Distanz zwischen der Kurbelwelle 11b und der Nockenwelle 10b im Hinblick auf einen Leistungsfluss ist über eine Hydraulikleitung 25b überbrückt, die von einer separaten Rohr- und/oder Schlauchleitung und/oder zumindest teilweise von einem in einem Bauteil integrierten Kanal gebildet sein kann, wie beispielsweise von einem in einem Motorblock integrierten Kanal.
Zur Erzielung einer Übersetzungsänderung des hydrostatischen Getriebes 20b und somit zur Änderung einer Drehlage der Nockenwelle 10b zur Kurbelwelle 11b, ist eine Ventileinheit 14b vorgesehen, die über eine Regeleinheit 15b geregelt ist. Je nachdem wie viel Druckmittel von der Pumpeneinheit 12b über die Ventileinheit 14b an der Hydromotoreinheit 13b vorbei geführt wird, ändert sich die Übersetzung. Zusätzlich oder alternativ zur Ventileinheit 14b könnte die Hydromotoreinheit 13b und/oder die Pumpeneinheit 12b verstellbar ausgeführt sein.
Zur Begrenzung eines Verdrehwinkels der Nockenwelle 10b zur Kurbelwelle 11b ist eine Sicherungseinheit 19b vorgesehen. Die Sicherungseinheit 19b umfasst eine mit einer Kurbelwelle 11b drehfest gekoppelte Eingangswelle 22b, eine mit der Nockenwelle 10b drehfest gekoppelte Ausgangswelle 23b und einen Zahnriementrieb 26b. Der Zahnriementrieb 26b umfasst ein mit der Eingangswelle 22b drehfest gekoppeltes Zahnrad 27b und ein über eine Kupplung 24b mit der Ausgangswelle 23b koppelbares Zahnrad 28b. Die Kupplung 24b koppelt ab einem bestimmten Verdrehwinkel das Zahnrad 28b drehfest mit der Ausgangswelle 23b und damit die Eingangswelle 22b und die Ausgangswelle 23b. Ab einem bestimmten Verdrehwinkel wird das hydrostatische Getriebe 20b überbrückt und der Verdrehwinkel der Nockenwelle 10b zur Kurbelwelle 11b wird begrenzt.

Claims

Nockenwellenverstellvorrichtung zur Änderung einer Drehlage einer Nockenwelle (10a, 10b) zu einer Kurbelwelle (11a, 11b) mit einer Pumpeneinheit (12a, 12b) und einer Hydromotoreinheit (13a, 13b), dadurch gekennzeichnet, dass eine Antriebsleistung der Nockenwelle (10a, 10b) von der Kurbelwelle (11a, 11b) über ein zumindest im Wesentlichen von der Pumpeneinheit (12a, 12b) und der Hydromotoreinheit (13a, 13b) gebildetes hydraulisches Getriebe (20a, 20b) zur Nockenwelle (10a, 10b) geführt ist.
Nockenwellenverstellvorrichtung nach Anspruch 1, dadurch gekennzeichnet, dass die Hydromotoreinheit (13a) zur Erzielung einer Übersetzungsänderung des Getriebes (20a) und somit zur Änderung der Drehlage der Nockenwelle (10a) zur Kurbelwelle (11a) verstellbar ausgeführt ist.
Nockenwellenverstellvorrichtung nach Anspruch 1 oder 2, dadurch gekennzeichnet, dass zur Erzielung einer Übersetzungsänderung des Getriebes (20b) und somit zur Änderung der Drehlage der Nockenwelle (10b) zur Kurbelwelle (11b) eine Ventileinheit (14b) vorgesehen ist.
Nockenwellenverstellvorrichtung nach einem der vorhergehenden Ansprüche, dadurch gekennzeichnet, dass eine Übersetzung des Getriebes (20a, 20b) im Betrieb über eine Regeleinheit (15a, 15b) geregelt ist.
Nockenwellenverstellvorrichtung nach einem der vorhergehenden Ansprüche, dadurch gekennzeichnet, dass die Pumpeneinheit (12a) und die Hydromotoreinheit (13a) zu einer Montageeinheit (16a) zusammengefasst sind.
Nockenwellenverstellvorrichtung nach einem der Ansprüche 1 bis 5, dadurch gekennzeichnet, dass die Pumpeneinheit (12b) und die Hydromotoreinheit 13b) von getrennt montierbaren Einheiten (17b, 18b) gebildet sind.
Nockenwellenverstellvorrichtung nach einem der vorhergehenden Ansprüche, dadurch gekennzeichnet, dass eine Distanz zwischen der Kurbelwelle (11b) und der Nockenwelle (10b) im Hinblick auf einen Leistungsfluss zumindest im Wesentlichen durch eine Hydraulikleitung (25b) überbrückt ist.
Nockenwellenverstellvorrichtung nach einem der vorhergehenden Ansprüche, gekennzeichnet durch eine Sicherungseinheit (19a, 19b) zur Begrenzung eines Verdrehwinkels der Nockenwelle (10a, 10b) zur Kurbelwelle (11a, 11b).
Verfahren mit einer Pumpeneinheit (12a, 12b) und einer Hydromotoreinheit (13a, 13b), insbesondere mit einer Nockenwellenverstellvorrichtung, nach einem der vorhergehenden Ansprüche, dadurch gekennzeichnet, dass eine Antriebsleistung der Nockenwelle (10a, 10b) von der Kurbelwelle (11a, 11b) über ein zumindest im Wesentlichen von der Pumpeneinheit (12a, 12b) und der Hydromotoreinheit (13a, 13b) gebildetes hydraulisches Getriebe (20a, 20b) zur Nockenwelle (10a, 10b) geführt wird.