DE19506751A1

DE19506751A1 - Vorrichtung zum Verändern der Steuerzeiten einer Brennkraftmaschine

Info

Publication number: DE19506751A1
Application number: DE19506751A
Authority: DE
Inventors: Martin Dipl Ing Dr Scheidt; Andreas Dipl Ing Straus; Eduard Dipl Golovatai-Schmidt
Original assignee: INA Waelzlager Schaeffler OHG
Current assignee: IHO Holding GmbH and Co KG
Priority date: 1995-02-27
Filing date: 1995-02-27
Publication date: 1996-08-29
Anticipated expiration: 2015-02-28
Also published as: DE19506751C2; JPH08246819A; US5605121A

Description

Die Erfindung betrifft eine Vorrichtung zum Verändern der Steuerzeiten einer Brennkraftmaschine die innerhalb eines Steuertriebs von zumin dest einer Nockenwelle, vorzugsweise an einem mit der Nockenwelle in Antriebsverbindung stehenden Antriebsrad, angeordnet ist, wobei die Vorrichtung einen über hydraulische Mittel axial verschiebbaren Ver stellkolben aufweist, dessen Stirnseiten je eine Druckkammer begrenzen und dessen Mantelfläche an einem die Druckkammer radial nach außen begrenzenden Gehäuse dichtend anliegt, wobei der Verstellkolben mit zwei, bevorzugt gegenläufig, schrägverzahnten Abschnitten versehen ist, von denen der erste Abschnitt mit einer korrespondierenden Ver zahnung eines mit dem Antriebsrad verbundenen Antriebselements und der zweite Abschnitt mit einer Verzahnung eines mit der Nockenwelle ver bundenen Abtriebselements kommuniziert, und wobei in beiden Druckkam mern axial außen je ein Anschlagelement bzw. ein stirnseitiger Gehäu seabschnitt zur Definierung einer maximalen Verstellposition der Nockenwelle appliziert ist.

Eine derartige Vorrichtung ist aus der DE-PS 29 09 803 vorbekannt. Nach Start der Brennkraftmaschine tritt bei derartigen Vorrichtungen das Problem auf, daß der jeweilige Verstellkolben mit hoher Geschwin digkeit in eine maximale Verstellposition eilt und dort unter erhebli cher Geräuschemission mehrfach anschlägt. Dies rührt daher, daß nach Außerbetriebsetzung der Brennkraftmaschine das in der Vorrichtung befindliche hydraulische Mittel allmählich aus dieser entweicht und somit der Verstellkolben hydraulisch nicht mehr ausreichend einge spannt ist, wobei in aller Regel ein gewisses Restvolumen an hydrauli schem Mittel verbleibt. Hervorgerufen durch die Drehungleichförmigkeit der Nockenwelle wird nach Wiederbefeuerung der Brennkraftmaschine der Verstellkolben, da dieser nun hydraulisch nicht mehr eingespannt ist, in eine Endlage unter der erwähnten erheblichen Geräuschentwicklung verschoben. Dieser Zustand ist im Zeitraum zwischen Befeuerung der Brennkraftmaschine und Befüllung der Druckkammern festzustellen, d. h. wenige Sekunden nach dem Start des Motors.

Der Fachwelt sind zwar Lösungen bekannt, bei denen eine Geräuschent wicklung, hervorgerufen durch Zahnflankenspiel der miteinander kämmen den Zahnpaarungen der Verstellvorrichtung, vermindert bzw. ausge schlossen werden soll, jedoch waren zum Anmeldezeitpunkt der vorlie genden Erfindung keine praktikablen Lösungen bekannt, bei denen das auftretende "Startklappern" mit einfachen Mitteln eliminiert ist.

Der Erfindung liegt daher die Aufgabe zugrunde, eine Vorrichtung der vorgenannten Gattung zu schaffen, bei der die besprochenen Nachteile beseitigt sind und insbesondere mit einfachen Mitteln, d. h. mit geringem konstruktiven Aufwand, das angezeigte Startklappern vermieden ist.

Erfindungsgemäß wird diese Aufgabe durch den kennzeichnenden Teil des Anspruchs 1 dadurch gelöst, daß das Anschlagelement bzw. der stirnsei tige Gehäuseabschnitt der Druckkammer, in deren bzw. dessen Richtung der Verstellkolben nach einem Anlaßvorgang der Brennkraftmaschine verschoben wird, und/oder die dieser Druckkammer zugewandte Stirnseite des Verstellkolbens, mit einer hydraulischen und/oder pneumatischen Endlagendämpfung für den Verstellkolben versehen ist, wobei in einer ersten Konkretisierung der Erfindung ausgeführt wird, daß diese Endla gendämpfung über einen Quetschspalt hergestellt ist. Durch diesen Quetschspalt für hydraulisches Mittel ist kurz vor Erreichen der einen Endlage des Verstellkolbens ein wirksamer Abbau seiner kinetischen Energie geschaffen. Dadurch, daß der Verstellkolben unmittelbar vor Erreichen seiner Endposition zusätzlich Arbeit zum Verdrängen des angezeigten hydraulischen Mittels verrichten muß, ist wirkungsvoll ein hartes Endanschlagen des Verstellkolbens an seinem ihm zugewandten Anschlagelement vermieden. Die eingangs beschriebenen nachteiligen Klappergeräusche bei Wiederbefeuerung der Brennkraftmaschine sind somit eliminiert.

Zur Feinabstimmung der Endlagendämpfung kann wahlweise nach einer Ausgestaltungsvariante der Erfindung entweder das Anschlagelement bzw. der Ring mit Ausnehmungen versehen sein, durch die ein gezieltes Ab strömen des eingeschlossenen Hydraulikmittels gewährleistet ist. Bei dieser Variante wird somit das sich in aller Regel in der Vorrichtung befindende Restvolumen an hydraulischem Mittel genutzt.

Nach einer weiteren Ausgestaltung der Erfindung ist es vorgesehen, bevorzugt das sich in der Vorrichtung nach Abstellen dieser ansammeln de pneumatische Mittel (Luft) zur Endlagendämpfung über Verdichtung dieses auszunutzen. Hierzu ist in Anspruch 5 aufgeführt, am Anschlag element oder Verstellkolben auf der Seite der Druckkammer, wenigstens ein elastisches Element anzuordnen. Dieses elastische Element dichtet den Verdichtungsraum in eine Radialrichtung ab, wobei sich kurz vor Erreichen der maximalen Verstellposition des Druckkolbens ein Luftpol ster zwischen diesem und dem Anschlagelement ausbildet. Das elastische Element ist beispielsweise als Dichtring ausgeführt, jedoch in seiner geometrischen Gestaltung soweit frei, daß es in der Lage ist, den Verdichtungsraum abzudichten. Ausreichend ist ein Luftpolster mit einer Dicke von etwa 1 mm. Garantiert werden muß daß das Anschlag element fest an seinem Gehäuseabschnitt bzw. am Druckkolben angeordnet ist, um ein eventuelles Nachsaugen oder Kleben dieses an der Gegen fläche durch entstehenden Unterdruck in den Druckraum zu vermeiden bzw. die Endlagendämpfung über die Lebensdauer der gesamten Vorrich tung hinweg zu sichern.

Die gesamte Vorrichtung wird vorteilhaft so ausgelegt, daß bei einem Druck im weiteren Druckraum von ca. 0,5 bis 1 bar das Luftpolster zwischen beiden Elementen eliminiert ist, so daß ein fester Anschlag des Druckkolbens am Anschlagelement vorliegt. Diese Ausgestaltung ist notwendig, um die gesamte Vorrichtung abzustimmen, auch im Hinblick auf Maßnahmen an der Steuerelektronik.

Denkbar ist es zusätzlich, das Anschlagelement einteilig mit dem Gehäuse auszubilden bzw. unmittelbar vom Gehäuse ausgehen zu lassen. Somit könnte für diesen Fall auf eine separate Ausbildung und Anbrin gung eines Anschlagelements in der Druckkammer, in die der Verstell kolben bevorzugt nach Wiederinbetriebnahme der Brennkraftmaschine eilt, verzichtet werden.

Wichtig für die Erfindung ist es, daß man die gesamte Endlagendämpfung derart abstimmt, daß keine Beeinträchtigung des Reagierens der Ver stellvorrichtung durch die Dämpfvorrichtung in ihrem Arbeitsbereich festzustellen ist. Das durch die Dämpfung verlangsamte Reagieren der gesamten Vorrichtung in diesem Bereich ist zu akzeptieren, da bei einer hydraulischen Einspannung nach Wiederbefüllung der gesamten Vorrichtung zum einen ein schnelles "Durchfahren" dieses Bereiches gewährleistet ist, und zum anderen dieser endlagennahe Bereich ohnehin nicht benutzt werden muß, sondern diese Endlage nur für Sonderzustände der Vorrichtung wie Elektronikabgleich und ähnliches interessant ist. Gegebenenfalls kann auch der Gesamtverstellwinkel der Vorrichtung vergrößert werden, um dann in einem Bereich zu arbeiten, welcher nicht in diesem vergrößerten Bereich liegt.

Die Erfindung ist nicht nur auf die Merkmale ihrer Ansprüche be schränkt. Denkbar und vorgesehen sind auch Kombinationsmöglichkeiten einzelner Anspruchsmerkmale und Kombinationsmöglichkeiten einzelner Anspruchsmerkmale mit dem in den Vorteilsangaben und zum Ausgestal tungsbeispiel Offenbarten.

Die Erfindung ist in der Zeichnung dargestellt. Es zeigen:

Fig. 1-3 eine erfindungsgemäße Vorrichtung mit einer hydrauli schen Endlagendämpfung,

Fig. 4 eine Vorrichtung wie sie aus dem Stand der Technik bekannt ist und die

Fig. 5, 6 eine Vorrichtung mit pneumatischer Endlagendämpfung.

Die Fig. 1 bis 3 zeigen eine Vorrichtung 1 an sich bekannter Bauart zum Verändern der Steuerzeiten einer Brennkraftmaschine. Gemäß diesen Figuren ist eine hydraulische Endlagendämpfung eines Verstellkolbens 2 vorgesehen. Dabei entspricht die Reihenfolge der gezeigten Fig. 1 bis 3 dem Bewegungsablauf des Druckkolbens 2 nach Wiederbefeuerung der Brennkraftmaschine.

Die Vorrichtung 1 besteht aus einem konzentrischen Antriebsrad 3, welches über ein nicht dargestelltes Zugmittel trieblich mit einer Nockenwelle verbunden ist. Das Antriebsrad 3 wirkt auf ein Antriebs element 4 ein, welches eine Außenverzahnung 5 aufweist. Die Außenver zahnung 5 ist hier als Schrägverzahnung ausgeführt. In dieser Außen verzahnung 5 verläuft eine Innenverzahnung 6, die vom Verstellkolben 2 ausgeht. Der Verstellkolben 2 wiederum weist eine Außenverzahnung 7 auf, welche mit einer komplementären Innenverzahnung 8 eines Abtriebs elements 9 kämmt.

Der Verstellkolben 2 weist beidseitige Stirnseiten 11, 12 auf. Diese Stirnseiten 11, 12 begrenzen Druckkammern 13, 14. In diese Druckkam mern 13, 14 ist wahlweise Hydraulikmittel zum axialen Verschieben des Verstellkolbens 2 in bekannter Art und Weise leitbar. Eine Mantel fläche 15 des Druckkolbens 2 verläuft radial außen an einem Gehäuse 16, welches die Druckkammern 13, 14 begrenzt. Das Gehäuse 16 ist hier integraler Bestandteil des Antriebselements 4. In der Mantelfläche 15 des Verstellkolbens 2 verläuft ein Dichtring 17 zur Verhinderung eines unerwünschten Übertretens von Hydraulikmittel von einer der Druckkam mern 13 bzw. 14 in die jeweilige andere.

Beide Druckkammern 13, 14 weisen bei dieser Ausgestaltung axial außen je ein Anschlagelement 18, 19 auf. Durch dieses Anschlagelement 18, 19 ist der maximale Verstellweg des Verstellkolbens 2 begrenzt.

Auf die Verstellfunktion der gesamten Vorrichtung wird an dieser Stelle nicht eingegangen, weil dies der Fachwelt ausreichend bekannt ist.

Nach den Fig. 1 bis 3 kann es bei einer Vorrichtung 1 vorgesehen sein, eine hydraulische Endlagendämpfung für den Verstellkolben 2 am Anschlagelement 18 vorzusehen. Da, wie eingangs schon dargelegt, bei Inbetriebnahme der Brennkraftmaschine der Verstellkolben 2 mit hoher Geschwindigkeit in Richtung einer Endlage (hier Anschlagelement 18) eilt, kommt es bei seinem Auftreffen am Anschlagelement 18 zu uner wünschten Klappergeräuschen. Diese Geräusche werden durch die Erfin dung eliminiert. Hierzu wird nach dieser Variante unmittelbar vor Erreichen der maximalen Verstellposition des Verstellkolbens 2 (nach Durcheilen der Druckkammer 13) hier ein Quetschspalt 26 (siehe auch Fig. 3) für das in der Vorrichtung 1 verbliebene hydraulische Mittel als Endlagendämpfung aufgebaut. Hierzu ist die Stirnseite 11 des Verstellkolbens 2 mit einem konzentrischen Ring 20 versehen. Der konzentrische Ring 20 verläuft dabei beabstandet zu einem Innenmantel 21 des Gehäuses 16. Das diesem Ring 20 zugewandte Anschlagelement 18 in der Druckkammer 13 verläuft mit Teilabschnitten an dem Innenmantel 21 des Gehäuses 16. Eine Bohrung 22 des Anschlagelements 18 weist zumindest auf der Seite des Verstellkolbens 2 einen Durchmesser auf, welcher geringfügig größer ist, als der Außendurchmesser des konzen trischen Ringes 20 des Verstellkolbens 2. In Fig. 1 ist nun eine mögliche Verstellposition des Verstellkolbens 2 nach dem Abstellen der Brennkraftmaschine gezeigt.

Nach erfolgter Wiederbefeuerung der Brennkraftmaschine eilt der Ver stellkolben 2, wie der Fig. 2 zu entnehmen ist, in Richtung des Anschlagelements 18. Der bisher zu dem Anschlagelement 18 axial be abstandete Ring 20 schneidet nun eine Stirnfläche 24 des Anschlag elements 18. Die bisher in der Vorrichtung 1 vorhandene Restmenge an Hydraulikmittel, welche durch die Wiederinbetriebnahme sich in den Druckkammern 13, 14 und in weiteren, nicht näher bezeichneten Lei tungen, verteilt, wird nunmehr in einem Ringraum 23 akkumuliert. Der Ringraum 23 wird gebildet durch einander zugewandte Stirnflächen 24, 25 des Anschlagelements 18 und Verstellkolbens 2. Gleichzeitig ist dieser Ringraum 23 radial begrenzt einerseits durch den Ring 20 und andererseits das Gehäuse 16. Bei weiterer axialer Verschiebung des Verstellkolbens 2 in Richtung zum Anschlagelement 18, hervorgerufen durch die Drehungleichförmigkeit der nicht dargestellten Nockenwelle, ist zwischen der Bohrung 22 des Anschlagelements 18 und dem Ring 20 ein Quetschspalt 26 gebildet (siehe Fig. 3). Somit wird ein Teil der kinetischen Energie des Verstellkolbens 2 durch die zu verrichtende Kompressionsarbeit abgebaut. Es ist ein weicher Endanschlag des Ver stellkolbens 2 am Anschlagelement 18 geschaffen. Dabei kann auch, wie schon eingangs erwähnt, das Anschlagelement 18 einteilig mit einem Gehäuseabschnitt ausgebildet werden.

Zur Realisierung eines gezielten Abströmens des im Ringraum 23 ange sammelten Hydraulikmittels kann es ggf. auch vorgesehen sein, im Kantenbereich zwischen Stirnfläche 24 und Bohrung 22 des Anschlag elements 18 zumindest eine Ausnehmung 27 vorzusehen (siehe Fig. 1).

Fig. 4 zeigt eine der Fachwelt bekannte Vorrichtung 28 zum Verändern der Steuerzeiten einer Brennkraftmaschine, bei der nicht die Mittel zur Endlagendämpfung für den Verstellkolben vorgesehen sind.

Fig. 5 zeigt eine alternative Ausgestaltung der Erfindung zu der Variante gemäß Fig. 1 bis 3. Hier ist in der Druckkammer 13, in deren Richtung der Verstellkolben 2 bei Inbetriebnahme der Brennkraft maschine bevorzugt eilt, am Anschlagelement 18 wenigstens ein elasti sches Element 29, wie beispielsweise ein Rundring appliziert. Dieses Element 29 ragt geringfügig in die Druckkammer 13 hinein und dichtet den sich ausbildenden Verdichtungsraum 30 radial in eine Richtung ab. Wichtig für die Ausgestaltung nach dieser Figur ist es, daß Stirn seiten 11, 12 vom Anschlagelement 18 und Verstellkolben 2, welche ein ander zugewandt sind, annähernd kongruent ausgebildet werden. Somit wird bei Annähern des Verstellkolbens 2 an die Stirnseite 11 des Anschlagelements 18 ein Luftpolster/Verdichtungsraum 30 zwischen beiden Elementen 2, 18 hergestellt. Durch dieses Luftpolster 30 er folgt wiederum eine Dämpfung der Axialbewegung des Verstellkolbens 2 in Richtung seiner einen Endlage. In der Mantelfläche 15 des Verstell kolbens 2 verläuft wiederum ein Dichtring 17. Dieser verhindert wei testgehend eine Leckage des Verdichtungsraumes 30.

Eine alternative Ausgestaltung zu der vorgenannten zeigt Fig. 6. Hier meist das Anschlagelement 18 nur eine kurze radiale Erstreckung auf. Somit sind auch Stirnseiten 11, 12 vom Anschlagelement 18 und Ver stellkolben 2 nicht mehr kongruent auszuführen. Das elastische Element 29 ist hierbei am Verstellkolben 2 beispielsweise durch Kleben befe stigt. "Unterhalb" des Elements 29 verbleibt somit eine genügend große Druckkammer 13 zur Hydraulikmittelfüllung.

Bezugszeichenliste

1 Vorrichtung
2 Verstellkolben
3 Antriebsrad
4 Antriebselement
5 Außenverzahnung
6 Innenverzahnung
7 Außenverzahnung
8 Innenverzahnung
9 Abtriebselement
10 nicht vergeben
11 Stirnseite, -fläche
12 Stirnseite, -fläche
13 Druckkammer
14 Druckkammer
15 Mantelfläche
16 Gehäuse
17 Dichtring
18 Anschlagelement
19 Anschlagelement
20 Ring
21 Innenmantel
22 Bohrung
23 Ringraum
24 Stirnfläche
25 Stirnfläche
26 Quetschspalt
27 Ausnehmung
28 Vorrichtung
29 Element
30 Verdichtungsraum/Luftpolster
31 Ringfläche
32 nicht vergeben
33 Außendurchmesser

Claims

1. Vorrichtung (1) zum Verändern der Steuerzeiten einer Brennkraftma schine die innerhalb eines Steuertriebs von zumindest einer Nockenwel le, vorzugsweise an einem mit der Nockenwelle in Antriebsverbindung stehenden Antriebsrad (3), angeordnet ist, wobei die Vorrichtung (1) einen über hydraulische Mittel axial verschiebbaren Verstellkolben (2) aufweist, dessen Stirnseiten (11, 12) je eine Druckkammer (13, 14) begrenzen und dessen Mantelfläche (15) an einem die Druckkammern (13, 14) radial nach außen begrenzenden Gehäuse (16) dichtend anliegt, wobei der Verstellkolben (2) mit zwei, bevorzugt gegenläufig, schräg verzahnten Abschnitten (6, 7) versehen ist, von denen der erste Ab schnitt (6) mit einer korrespondierenden Verzahnung (5) eines mit dem Antriebsrad (3) verbundenen Antriebselements (4) und der zweite Ab schnitt (7) mit einer Verzahnung (8) eines mit der Nockenwelle ver bundenen Abtriebselements (9) kommuniziert, und wobei in beiden Druck kammern (13, 14) axial außen je ein Anschlagelement (18, 19) bzw. ein stirnseitiger Gehäuseabschnitt zur Definierung einer maximalen Ver stellposition der Nockenwelle appliziert ist, dadurch gekennzeichnet, daß das Anschlagelement (18) bzw. der stirnseitige Gehäuseabschnitt der Druckkammer (13), in deren bzw. dessen Richtung der Verstellkolben (2) nach einem Anlaßvorgang der Brennkraftmaschine verschoben wird und/oder die dieser Druckkammer (13) zugewandte Stirnseite (11) des Verstellkolbens (2), mit einer hydraulischen und/oder pneumatischen Endlagendämpfung für den Verstellkolben (2) versehen ist.

2. Vorrichtung nach Anspruch 1, dadurch gekennzeichnet, daß unmittel bar vor Erreichen der maximalen Verstellposition ein Quetschspalt (26) für das hydraulische Mittel bzw. Luftpolster (30) als Endlagendämpfung aufgebaut ist.

3. Vorrichtung nach Anspruch 2, dadurch gekennzeichnet, daß ein kon zentrischer Ring (20) vorgesehen ist, welcher beabstandet zu einem Innenmantel (21) des Gehäuses (16) an der Stirnseite (11) des Ver stellkolbens (2) befestigt ist, wobei das Anschlagelement (18), an einem Innenmantel (21) des Gehäuses (16) mit Teilabschnitten anlie gend, eine Bohrung (22) aufweist, die gleich bzw. minimal größer ausgeführt ist, als der Außendurchmesser (33) des konzentrischen Ringes (20), welcher Ring (20) im unverschobenen Zustand des Verstell kolbens (2) axial beabstandet zu dem Anschlagelement (18) vorliegt, so daß bei Verschiebung des Verstellkolbens (2) in Richtung Anschlag element (18), zwischen dem Außendurchmesser (33) des Ringes (20) und der Bohrung (22) des Anschlagelements (18), der Quetschspalt (26) für das hydraulische Mittel verläuft, welches in einem Ringraum (23) akkumuliert ist, gebildet durch einander zugewandte Stirnflächen (24, 25) des Verstellkolbens (2) und des Anschlagelements (18) sowie radial begrenzt durch den konzentrischen Ring (20) und zumindest mittelbar das Gehäuse (16) (Fig. 1 bis 3).

4. Vorrichtung nach Anspruch 3, dadurch gekennzeichnet, daß das An schlagelement (18) in seinem Kantenbereich zwischen Stirnfläche (24) und Bohrung (22) und/oder der konzentrische Ring (20) zumindest eine Ausnehmung (27) aufweisen.

5. Vorrichtung nach Anspruch 2, dadurch gekennzeichnet, daß am An schlagelement (18) bzw. Verstellkolben (2), auf der Seite der Druck kammer (13), wenigstens ein dichtendes, elastisches Element (29) appliziert ist, welches geringfügig in die Druckkammer (13) ragt, wobei zwischen einander zugewandten Stirnflächen (11, 12) von An schlagelement (18) und Verstellkolben (2), das radial nach innen durch das Element (29) begrenzte Luftpolster (30) verläuft (Fig. 5, 6).

6. Vorrichtung nach Anspruch 5, dadurch gekennzeichnet, daß in der Mantelfläche (15) des Verstellkolbens (2) zumindest ein Dichtring (17) im Zusammenwirken mit dem Gehäuse (16) verläuft.

7. Vorrichtung nach Anspruch 5, dadurch gekennzeichnet, daß das Luft polster (30) eine Dicke von etwa 1 mm aufweist.

8. Vorrichtung nach Anspruch 5, dadurch gekennzeichnet, daß das ela stische Element (29) als Dichtring ausgeführt ist.

9. Vorrichtung nach Anspruch 5, dadurch gekennzeichnet, daß bei einem Druck an hydraulischem Mittel in dem weiteren Druckraum (14) von ca. 0,5 bis 1 bar das Luftpolster (30) zwischen Verstellkolben (2) und An schlagelement (18) eliminiert ist, so daß der Verstellkolben (2) am Anschlagelement (18) anliegt.