DE19506751C2

DE19506751C2 - Vorrichtung zum Verändern der Steuerzeiten einer Brennkraftmaschine

Info

Publication number: DE19506751C2
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: 1998-09-03
Anticipated expiration: 2015-02-28
Also published as: US5605121A; DE19506751A1; JPH08246819A

Description

Die Erfindung betrifft eine Vorrichtung zum Verändern der Steuerzeiten einer Brennkraftmaschine gemäß dem Oberbegriff des Anspruchs 1.

Eine derartige Vorrichtung ist aus der DE 29 09 803 C2 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 ver schoben. Dieser Zustand ist im Zeitraum zwischen Befeuerung der Brennkraft maschine und Befüllung der Druckkammern festzustellen, d. h. wenige Sekun den nach dem Start des Motors.

Der Fachwelt sind zwar Lösungen bekannt, bei denen eine Geräuschentwick lung, hervorgerufen durch Zahnflankenspiel der miteinander kämmenden Zahnpaarungen der Verstellvorrichtung, vermindert bzw. ausgeschlossen werden soll, jedoch waren der Anmelderin zum Anmeldezeitpunkt der vorliegenden 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 vor genannten Gattung zu schaffen, bei der mit einfachen Mitteln, d. h. mit gerin gem konstruktiven Aufwand, das beschriebene Startklappern vermieden wird.

Erfindungsgemäß wird diese Aufgabe durch den kennzeichnenden Teil des Anspruchs 1 gelöst. Hierbei wird in einer ersten Konkretisierung der Erfindung diese Endlagendämpfung über einen Quetschspalt hergestellt. 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 ver richten muß, ist wirkungsvoll ein hartes Endanschlagen des Verstellkolbens an seinem ihm zugewandten Anschlagelement vermieden. Die eingangs beschrie benen nachteiligen Klappergeräusche bei Wiederbefeuerung der Brennkraftma schine sind somit eliminiert.

Zur Feinabstimmung der Endlagendämpfung können wahlweise nach einer Ausgestaltungsvariante der Erfindung entweder das Anschlagelement oder der Ring (Anspruch 3) mit Ausnehmungen versehen sein, durch die ein gezieltes Abströmen 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, das sich nach Abstellen der Brennkraftmaschine in der Vorrichtung ansammelnde pneu matische Mittel (Luft) durch Verdichtung zur Endlagendämpfung auszunutzen. Hierzu ist in Anspruch 5 aufgeführt, am Anschlagelement oder Verstellkolben auf der Seite der betreffenden Druckkammer wenigstens ein elastisches Element anzuordnen. Dieses elastische Element dichtet den Verdichtungsraum in eine Radialrichtung ab, wodurch sich kurz vor Erreichen der maximalen Verstell position des Druckkolbens ein Luftpolster zwischen diesem und dem Anschlag element ausbildet. Das elastische Element ist beispielsweise als Dichtring ausge führt, 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 Anschlagelement fest an seinem Gehäuseabschnitt bzw. am Druckkolben angeordnet ist, um infolge entstehenden Unterdrucks ein eventuelles Nachsaugen des Anschlagelementes in die Druckkammer oder ein Ankleben des Anschlagelementes an der zu gehörigen Gegenfläche zu vermeiden bzw. die Endlagendämpfung über die Lebensdauer der gesamten Vorrichtung hinweg zu sichern.

Die gesamte Vorrichtung wird vorteilhaft so ausgelegt, daß gemäß Anspruch 9 bei einem Druck im anderen 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 Anbringung eines Anschlag elements 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 bis 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 Bewegungablauf des Verstellkolbens 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 unerwünschten Klappergeräuschen. Diese Geräusche werden durch die Erfindung eliminiert. Hierzu wird nach dieser Variante unmittelbar vor Erreichen der maximalen Verstellposition des Verstellkolbens 2 (nach Durcheilen der Druckkammer 13) hier ein Quetschspalt 26 (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 konzen trische Ring 20 verläuft dabei beabstandet zu einem Innenmantel 21 des Gehäu ses 16. Das diesem Ring 20 zugewandte Anschlagelement 18 in der Druckkam mer 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 konzentrischen Ringes 20 des Verstellkolbens 2. In Fig. 1 ist somit eine mögliche Verstellposition des Verstellkolbens 2 nach dem Abstellen der Brennkraftmaschine gezeigt.

Nach erfolgter Wiederbefeuerung der Brennkraftmaschine eilt der Verstellkolben 2, wie der Fig. 2 zu entnehmen ist, in Richtung des Anschlagelements 18. Der bisher zu dem Anschlagelement 18 axial beabstandete Ring 20 schneidet nun eine Stirnfläche 24 des Anschlagelements 18. Die bisher in der Vorrichtung 1 vorhandene Restmenge an Hydraulikmittel, welche sich durch die Wieder inbetriebnahme in den Druckkammern 13, 14 und in weiteren, nicht näher bezeichneten Leitungen, verteilt, wird nunmehr in einem Ringraum 23 akkumu liert. Der Ringraum 23 wird durch einander zugewandte Stirnflächen 24 und 25 des Anschlagelements 18 und des Verstellkolbens 2 gebildet. Gleichzeitig ist dieser Ringraum 23 radial einerseits durch den Ring 20 und andererseits durch das Gehäuse 16 begrenzt. Bei weiterer axialer Verschiebung des Verstellkolbens 2 in Richtung zum Anschlagelement 18, hervorgerufen durch die Drehung leichförmigkeit der nicht dargestellten Nockenwelle, wird zwischen der Boh rung 22 des Anschlagelements 18 und dem Ring 20 ein Quetschspalt 26 gebil det (Fig. 3). Somit wird ein Teil der kinetischen Energie des Verstellkolbens 2 durch die zu verrichtende Kompressionsarbeit abgebaut. Es ist ein weicher Endanschlag des Verstellkolbens 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 angesammel ten Hydraulikmittels kann es ggf. auch vorgesehen sein, im Kantenbereich zwischen Stirnfläche 24 und Bohrung 22 des Anschlagelements 18 zumindest eine Ausnehmung 27 vorzusehen (Fig. 1).

Fig. 4 zeigt eine der Fachwelt bekannte Vorrichtung 28 zum Verändern der Steuerzeiten einer Brennkraftmaschine, bei der nicht die Mittel zur Endlagen dämpfung 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 Brennkraftmaschine bevorzugt eilt, am Anschlagelement 18 wenigstens ein elastisches 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 die Stirnseiten 11 bzw. 12 vom Anschlagelement 18 bzw. vom Verstellkolben 2, welche einander zugewandt sind, annähernd kongruent ausgebildet werden. Somit wird bei Annähern des Verstellkolbens 2 an die Stirnseite 11 des An schlagelements 18 ein Luftpolster bzw. ein Verdichtungsraum 30 zwischen beiden Elementen 2 und 18 hergestellt. Durch dieses Luftpolster 30 erfolgt wiederum eine Dämpfung der Axialbewegung des Verstellkolbens 2 in Richtung seiner einen Endlage. In der Mantelfläche 15 des Verstellkolbens 2 verläuft wiederum ein Dichtring 17. Dieser verhindert weitestgehend eine Leckage des Verdichtungsraumes 30.

Eine alternative Ausgestaltung zeigt Fig. 6. Hier weist das Anschlagelement 18 nur eine kurze radiale Erstreckung auf. Somit sind auch die Stirnseiten 11 bzw. 12 vom Anschlagelement 18 bzw. vom Verstellkolben 2 nicht mehr kongruent auszuführen. Das elastische Element 29 ist hierbei am Verstellkolben 2 bei spielsweise durch Kleben befestigt. "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 zum Verändern der Steuerzeiten einer Brennkraftmaschine, wobei die Vorrichtung (1) innerhalb eines Steuertriebs von zumindest einer Nockenwelle, vorzugsweise an einem mit der Nockenwelle in Antriebsver bindung stehenden Antriebsrad (3), angeordnet ist und einen über ein hydrauli sches 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 Gehäu se (16) dichtend anliegt, wobei der Verstellkolben (2) mit zwei, bevorzugt gegenläufig, schrägverzahnten Abschnitten (6, 7) versehen ist, von denen der erste Abschnitt (6) mit einer korrespondierenden Verzahnung (5) eines mit dem Antriebsrad (3) verbundenen Antriebselements (4) und der zweite Abschnitt (7) mit einer Verzahnung (8) eines mit der Nockenwelle verbundenen Abtriebsele ments (9) kommuniziert, und wobei in beiden Druckkammern (13, 14) axial außen je ein Anschlagelement (18, 19) bzw. ein stirnseitiger Gehäuseabschnitt zur Definierung einer maximalen Verstellposition der Nockenwelle appliziert ist, dadurch gekennzeichnet, daß das Anschlagelement (18) bzw. der stirnseitige Gehäuseabschnitt der Druckkammer (13), in deren Richtung der Verstellkolben (2) nach einem Anlaßvorgang der Brennkraftmaschine verschoben wird, und/- oder die dieser Druckkammer (13) zugewandte Stirnseite (11) des Verstell kolbens (2) mit einer hydraulischen und/oder pneumatischen Endlagendämpfung für den Verstellkolben (2) versehen sind.

2. Vorrichtung nach Anspruch 1, dadurch gekennzeichnet, daß unmittelbar vor Erreichen der maximalen Verstellposition ein Quetschspalt (26) für das hydrauli sche Mittel bzw. Luftpolster (30) als Endlagendämpfung aufgebaut wird.

3. Vorrichtung nach Anspruch 2, dadurch gekennzeichnet, daß ein konzen trischer Ring (20) vorgesehen ist, welcher beabstandet zu einem Innenmantel (21) des Gehäuses (16) an der Stirnseite (11) des Verstellkolbens (2) befestigt ist, wobei das Anschlagelement(18), an einem Innenmantel (21) des Gehäuses (16) mit Teilabschnitten anliegend, eine Bohrung (22) aufweist, die gleich bzw. minimal größer ausgeführt ist als der Außendurchmesser (33) des konzentri schen Ringes (20), der im unverschobenen Zustand des Verstellkolbens (2) axial beabstandet zu dem Anschlagelement (18) vorliegt, so daß bei Verschiebung des Verstellkolbens (2) in Richtung Anschlagelement (18) zwischen dem Außen durchmesser (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 wird, der axial durch einander zugewandte Stirn flächen (25, 24) des Verstellkolbens (2) und des Anschlagelements (18) sowie radial durch den konzentrischen Ring (20) und zumindest mittelbar durch das Gehäuse (16) gebildet wird (Fig. 1 bis 3).

4. Vorrichtung nach Anspruch 3, dadurch gekennzeichnet, daß das Anschlag element (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 Anschlag element (18) bzw. Verstellkolben (2) und zu derjenigen Druckkammer (13) hin gerichtet, deren Volumen nach dem Anlaßvorgang der Brennkraftmaschine verringert wird, wenigstens ein dichtendes, elastisches Element (29) appliziert ist, welches geringfügig in diese Druckkammer (13) ragt, so daß zwischen den einander zugewandten Stirnflächen (11, 12) von Anschlagelement (18) und Ver stellkolben (2) das radial nach innen durch das Element (29) begrenzte Luftpol ster (30) gebildet wird (Fig. 5, 6).

6. Vorrichtung nach Anspruch 5, dadurch gekennzeichnet, daß in der Mantel fläche (15) des Verstellkolbens (2) zumindest ein Dichtring (17) zum Zusammen wirken mit dem Gehäuse (16) angeordnet ist.

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

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

9. Vorrichtung nach Anspruch 5, dadurch gekennzeichnet, daß bei einem Druck des hydraulischen Mittels in dem anderen Druckraum (14) von ca. 0,5 bis 1 bar das Luftpolster (30) zwischen Verstellkolben (2) und Anschlagelement (18) eliminiert wird, so daß der Verstellkolben (2) am Anschlagelement (18) anliegt.