DE19620172A1

DE19620172A1 - Vorrichtung zum Verändern der Öffnungs- und Schließzeiten von Gaswechselventilen einer Brennkraftmaschine

Info

Publication number: DE19620172A1
Application number: DE1996120172
Authority: DE
Inventors: Jens Dipl Ing Schaefer
Original assignee: INA Waelzlager Schaeffler OHG
Current assignee: INA Waelzlager Schaeffler OHG
Priority date: 1996-05-20
Filing date: 1996-05-20
Publication date: 1997-11-27

Description

Gebiet der Erfindung

Die Erfindung betrifft eine Vorrichtung zum Verändern der Öffnungs- und Schließzeiten von Gaswechselventilen einer Brennkraftmaschine nach den oberbegriffsbildenden Merkmalen des Anspruchs 1.

Hintergrund der Erfindung

Eine derartige Vorrichtung ist aus der DE-PS 29 09 803 vorbekannt. Nach dem Start der Brennkraftmaschine tritt bei dieser das Problem auf, daß der jeweilige Verstellkolben mit hoher Geschwindigkeit in eine maximale Verstellposition eilt und dort unter erheblicher Geräuschemission mehrfach anschlägt. Dies rührt daher, daß nach einem Außerbetriebsetzen der Brennkraftmaschine das in der Vorrichtung befindliche hydraulische Mittel allmählich aus dieser entweicht und somit der Verstellkolben hydraulisch nicht mehr ausreichend eingespannt ist. 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.

Zusätzlich ist der Fachwelt aus dem Stand der Technik nachteilig bekannt, daß der Verstellkolben, insbesondere bei nicht ausreichenden Volumina an Hydrau likmittel in seinen Druckkammern, auch während des Betriebes der Vorrichtung eine unerwünscht starke Schwingungsneigung aufweist. Somit sind häufige Regelvorgänge im Bereich der zugehörigen hydraulischen Schaltungstechnik zu verzeichnen, wobei gleichzeitig durch das hervorgerufene Schwingen nicht die im Kennfeld der Motorsteuerung abgelegte optimale Verstellkolbenposition für den Betriebsfall der Brennkraftmaschine erreicht werden kann. Gleichzeitig emittiert der unerwünscht schwingende Verstellkolben zusätzlich Geräusche.

Aufgabe der Erfindung

Der Erfindung liegt daher die Aufgabe zugrunde, eine Vorrichtung der vor genannten Gattung zu schaffen, bei der die aufgezeigten Nachteile beseitigt sind und insbesondere mit einfachen Mitteln, d. h. mit geringem konstruktiven Aufwand, das angezeigte Startklappern bzw. die unerwünschten Schwingungen des Verstellkolbens während des Betriebes der Vorrichtung eliminiert sind.

Zusammenfassung der Erfindung

Erfindungsgemäß wird diese Aufgabe durch die Merkmale des kennzeichnenden Teiles des Hauptanspruchs gelöst, wobei zweckmäßige Konkretisierungen der Erfindung Gegenstand der Unteransprüche sind, die jedoch auch selbständig schutzfähige Maßnahmen enthalten können.

Durch die somit im Hauptanspruch aufgezeigten erfindungsgemäßen Mittel ist nicht mehr, wie bisher im älteren Stand der Technik zu verzeichnen, mit den nachteiligen Anschlaggeräuschen des Verstellkolbens an seine eine Anschlagpo sition zu rechnen, da dieser solang durch die gerasteten Koppelmittel gehalten wird, bis nach dem Wiederbefeuern der Brennkraftmaschine die entsprechenden Druckkammern ausreichend mit Hydraulikmittel befüllt sind, welcher Hydraulik mitteldruck dann ausreicht, den Verstellkolben unter Überwindung der Rastkraft des Koppel mittels aus seiner Haltestellung zu entfernen. Die Rastkraft des federbeaufschlagten Koppel mittels muß dabei so groß gewählt sein, daß diese nicht durch die auftretenden Wechselmomente der Nockenwelle im unbefüllten Zustand der Druckkammern überwunden werden kann.

Gleichfalls ist es Gegenstand der Erfindung, mehrere spiralförmig über einen Umfang des Innenmantels des Gehäuses versetzte Aussparungen anzuordnen. Ebenso ist es denkbar, diese Aussparungen in einer separaten Buchse o. a. an zuordnen, welche Buchse in das Gehäuse eingesetzt wird. Somit sind für den Verstellkolben diskrete Schaltstufen über seinen gesamten Verstellbereich hinweg vorgeschlagen. Denkbar ist es beispielsweise, in Abhängigkeit des Anwendungsfalles mehr als 20 in Umfangsrichtung versetzte Aussparungen zu applizieren, so daß die entsprechende Zahl von Haltestufen für den Verstell kolben realisiert ist. Die Rastkraft des federbeaufschlagten Koppelmittels muß für diesen Betriebsfall, bei welchem auch eine nicht unbedingt vollständige Befül lung der Druckkammern der Vorrichtung vorliegen kann, so hoch sein, daß der schwingende Verstellkolben diese ebenfalls nicht überwindet.

Durch diese gesamten aufgezeigten erfindungsgemäßen Maßnahmen gelingt es, die hydraulische Schaltungstechnik zu simplifizieren, wobei bei Erreichen der vom Motormanagement vorgegebenen Schaltstellungen des Verstellkolbens somit dessen hydraulische Haltekräfte entfallen können. Durch das hier aufge zeigte erfindungsgemäße Halten des Verstellkolbens in seiner einen axialen Anschlagposition kann auch eine Start- bzw. Notlaufposition der gesamten Vorrichtung hergestellt sein. Denkbar ist es beispielsweise, den Verstellkolben unmittelbar vor dem Abstellen der Brennkraftmaschine hydraulisch in seine Startposition (beispielsweise bei Applikation an einer Auslaßnockenwelle die "frühe" Startstellung) zu verlagern. Auch muß die über das Koppelmittel herge stellte maximale Anschlagstellung des Verstellkolbens nicht diejenige sein, die dieser durch axial weiter entfernte mechanische Anschlagmaßnahmen innerhalb des Gehäuses der Vorrichtung erzielen könnte.

Als Koppelmittel sind der Einfachheit halber Kugeln vorgesehen, die in bei spielsweise kalottenförmig ausgebildeten Aussparungen am gegenüberliegenden Bauteil im Rastfall verlaufen. Dabei ist es weiterhin vorgeschlagen, diese Kugeln in Rastrichtung über jeweils eine oder mehrere Schraubenfedern oder ein ähn liches Mittel (Blattfeder) anzufedern. Denkbar sind an dieser Stelle jedoch auch weitere Koppelmittel, wie beispielsweise derartige als Rollen bzw. Keile oder ähnlich ausgebildete, wobei lediglich sichergestellt sein muß, daß diese bei Erreichen einer definierten Verstellkraft des Verstellkolbens die Raststellung verlassen und somit der Kraft- und Formschluß freigegeben wird.

Zur Minimierung der Belastung der Koppelmittel ist es vorgeschlagen, je Kop pelposition mehrere, beispielsweise sich diametral gegenüberliegende bzw. axial beabstandete Koppelmittel vorzusehen.

In Fortbildung der Erfindung wird ausgeführt, daß der Verstellkolben entgegen der Verlagerungsrichtung, in die er aufgrund der in Richtung "spät" wirkenden Wechselmomente der Nockenwelle bevorzugt eilt, über eine Druckfeder ange federt ist. Somit gleicht diese Druckfeder beispielsweise die unterschiedlichen Verstellgeschwindigkeiten des Verstellkolbens ansatzweise bzw. weitestgehend aus. Sie kann jedoch auch appliziert werden, um eine Notlauf- bzw. Startposi tion des Verstellkolbens herzustellen.

Zusätzlich wäre festzustellen, daß es vorgesehen ist, die Winkel der miteinander in Eingriff befindlichen Schrägverzahnungen der vorgenannten Vorrichtung zu vergrößern, was zu einer Erhöhung der erzielbaren Verstellgeschwindigkeit des Verstellkolbens bzw. zu einer Bauraumminimierung der gesamten Vorrichtung führt. Da sich jedoch, aufgrund der nunmehr größer gewordenen Übersetzung, die unerwünscht auftretenden Drehschwingungen der Nockenwelle und andere Einflüsse verstärkt auf den Verstellkolben übertragen, gelingt es durch die Raststufen nach der Erfindung zusätzlich vorteilhaft, die negativen Auswirkun gen des an sich positiven Verstärkungseffektes zu eliminieren.

Kurze Beschreibung der Zeichnung

Zweckmäßigerweise ist die Erfindung in der Zeichnung dargestellt. Es zeigen:

Fig. 1 im Halbschnitt einen Längsschnitt durch eine erfindungsgemäße Vorrichtung mit Verstellkolben in seiner einen Anschlagposition;

Fig. 2 eine spiegelbildliche Darstellung nach Fig. 1, jedoch mit Ver stellkolben in seiner weiteren axialen Anschlagposition und

Fig. 3 im Längsschnitt das Gehäuse der Vorrichtung mit spiralförmig angeordneten Aussparungen für das Koppelmittel.

Ausführliche Beschreibung der Zeichnung

Fig. 1 zeigt eine Vorrichtung 1 zum Verändern der Öffnungs- und Schließzei ten von Gaswechselventilen einer Brennkraftmaschine, wie sie von ihrem prinzipiellen Aufbau her der Fachwelt bekannt ist.

Die Vorrichtung 1 weist ein Antriebsrad 2 auf, das radial innen mit einer konzentrischen Antriebseinheit 3 verbunden ist. Die Antriebseinheit 3 besitzt einen hohlzylindrischen Axialansatz 4. Der Axialansatz 4 verfügt über eine radial innenliegende, schräg ausgeführte erste Verzahnung 5, welche mit einem außenliegenden, verzahnten Abschnitt 6 eines Verstellkolbens 7 kommuniziert. Der Verstellkolben 7 weist andererseits einen zweiten, bevorzugt schräg ausge führten und verzahnten Abschnitt 8 auf, der wiederum in Eingriff ist mit einer außenliegenden zweiten Verzahnung 9 einer mit einer nicht dargestellten Nockenwelle drehfest verbundenen Abtriebseinheit 10.

Der Verstellkolben 7 besitzt beidseitige Stirnseiten 11, 12 (siehe auch Fig. 2). Diese begrenzen in Axialrichtung je eine Druckkammer 13, 14 für Hydraulik mittel. Radial nach außen ist die Vorrichtung 1 im Bereich des Verstellkolbens 7 durch ein hohlzylindrisches Gehäuse 15 verschlossen, welches hier drehfest mit dem Antriebsrad 2 und der Antriebseinheit 3 verbunden ist. Eine Axialver schiebung des Verstellkolbens 7 in eine seiner Richtungen bewirkt über die Verzahnungen 5, 9 bzw. Abschnitte 6, 8 eine Relativverdrehung von Antriebs einheit 3 mit Antriebsrad 2 zur Abtriebseinheit 10 mit nicht dargestellter Noc kenwelle.

Wie den Fig. 1, 2 zu entnehmen ist, besitzt dabei ein Innenmantel 16 des Gehäuses 15 jeweils zwei sich diametral gegenüberliegende Aussparungen 17. Diese Aussparungen 17 sind hier kalottenförmig ausgebildet. Gleichzeitig verlaufen in entsprechenden Aufnahmen 18 im Außenmantel 19 des Verstell kolbens 7 als Kugeln ausgebildete Koppelmittel 20. Diese Koppelmittel 20 werden radial nach außen über die Kraft je eines Federmittels 21 (Schraubenfe der) angefedert. Wird nun die Brennkraftmaschine abgestellt, so wird der Verstellkolben 7 unmittelbar vor Abstellen von der in Fig. 2 zu der in Fig. 1 gezeigten Anschlagstellung hydraulisch verschoben. Die Koppelmittel 20 rasten dabei in ihre gegenüberliegenden Aussparungen 17 ein. Der Verstellkolben 7 ist somit mechanisch in dieser Stellung, wie in den Vorteilsangaben zu den Ansprüchen näher beschrieben, gehalten.

Die in Fig. 1 gezeigte Anschlagstellung für den Verstellkolben 7 kann dabei beispielsweise diejenige sein, die der erforderlichen Startstellung der Vorrich tung 1 entspricht. Kommt es nun zu einem Wiederbefeuern der Brennkraftma schine, in welchem Zustand die Druckkammern 13, 14 weitestgehend an Hydraulikmittel leergelaufen sind, so verhindert die Verrastung des Verstellkolbens 7 mit dem Gehäuse 15 das beschreibungseinleitend dargelegte nachtei lige hochfrequente Anschlagen des Verstellkolbens 7, hervorgerufen durch die in Richtung "spät" wirkenden Wechselmomente der Nockenwelle, an seine An schlagposition. Erst wenn die Druckkammern 13, 14 wieder ausreichend mit Hydraulikmittel befüllt sind, kann die hydraulische Verstellkraft des Verstell kolbens 7 in eine seiner Verlagerungsrichtungen die Rastkraft der federbeauf schlagten Koppelmittel 20 überwinden.

Aus Fig. 3 kann der Fachmann sich entnehmen, daß auch mehrere Gruppen von spiralförmig am Innenmantel 16 des Gehäuses 15 verteilten Aussparungen 17 vorgesehen sein können. Dabei können auch zur Minderung der Belastung der einzelnen Koppelmittel 20 mehrere axial nebeneinander liegende Aus sparungen 17 vorgesehen sein, denen entsprechende Koppelmittel 20 am Außenmantel 19 des Verstellkolbens 7 zugeordnet sind. Somit lassen sich über die spiralförmig verteilten Ausnehmungen 17 diskrete Schaltstufen für den Verstellkolben 7 über seinen gesamten Verstellbereich hinweg schaffen. Bevor zugt sind dabei die Aussparungen 17 in Umfangsrichtung gleichmäßig beabstan det. Erreicht nunmehr der Verstellkolben 7 während seiner Verstellbewegung mit den Koppelmitteln 20 eine der Aussparungen 17, so rastet das Koppelmittel 20 in die jeweilige Aussparung 17 ein. Eine hydraulische Regulierung der nunmehr erreichten und gewünschten relativen Verstellung von Antriebsrad 2 zur nicht dargestellten Nockenwelle entfällt hiermit. Erst nach Überwindung der Rastkraft der federbeaufschlagten Koppelmittel 20 durch Zuleitung von Hydrau likmittel in eine der Druckkammern 13, 14 vor Stirnseiten 11, 12 des Verstell kolbens 7 gestattet unter Überwindung der Rastkraft der Koppelmittel 20 eine Weiterbewegung des Verstellkolbens 7.

Bezugszeichenliste

1 Vorrichtung
2 Antriebsrad
3 Antriebseinheit
4 Axialansatz
5 Verzahnung
6 Abschnitt
7 Verstellkolben
8 Abschnitt
9 Verzahnung
10 Abtriebseinheit
11 Stirnseite
12 Stirnseite
13 Druckkammer
14 Druckkammer
15 Gehäuse
16 Innenmantel
17 Aussparung
18 Aufnahme
19 Außenmantel
20 Koppelmittel
21 Federmittel
21a Federmittel
22 Mantelfläche

Claims

1. Vorrichtung (1) zum Verändern der Öffnungs- und Schließzeiten von Gas wechselventilen einer Brennkraftmaschine, die innerhalb eines Steuertriebs von zumindest einer in einem Zylinderkopf gelagerten Ein- oder Auslaßnockenwelle, vorzugsweise an einem mit der Nockenwelle in Antriebsverbindung stehenden Antriebsrad (2) angeordnet ist, wobei die Vorrichtung (1) einen in zumindest eine Richtung über Hydraulikmittel axial verschiebbaren Verstellkolben (7) aufweist, der mit zwei, bevorzugt gegenläufig, schrägverzahnten Abschnitten (6, 8) versehen ist, von denen der erste Abschnitt (6) mit einer komplementären Verzahnung (5) einer drehfest mit dem Antriebsrad (2) verbundenen Antriebsein heit (3) und der zweite Abschnitt (8) mit einer komplementären Verzahnung (9) einer drehfest mit der Nockenwelle verbundenen Abtriebseinheit (10) kom muniziert und wobei der Verstellkolben (7) an wenigstens einer seiner Stirn seiten (11, 12) eine Druckkammer (13, 14) für das hydraulische Mittel begrenzt und mit seinem Außenmantel (19) gegen einen Innenmantel (16) eines wahlwei se und zumindest mittelbar mit der Antriebs- oder Abtriebseinheit (3, 10) verbundenen Gehäuses (15) anliegt, welches Gehäuse (15) die Vorrichtung (1) wenigstens abschnittsweise umschließt, dadurch gekennzeichnet,

- daß in einer Aufnahme (18) des Außenmantels (19) des Verstellkolbens (7) bzw. des Innenmantels (16) des Gehäuses (15) wenigstens ein radial in Richtung zum jeweils anderen Element (Gehäuse (15) bzw. Verstellkolben (7)) über ein Federmittel (21) verlagerbares Koppelmittel (20) positioniert ist,
- daß in einer oder mehreren Drehstellungen von An- zu Abtriebseinheit (3, 10) am Innenmantel (16) des Gehäuses (15) bzw. Außenmantel (19) des Verstellkolbens (7) wenigstens einem Koppelmittel (20) eine komplementäre Aussparung (17) gegenüberliegt, in welche das Koppelmittel (20) mit einem Teilbereich seiner Mantelfläche (22) bei dieser(n) Drehstellung(en) über das Federmittel (21) derartig verlagerbar ist, daß Verstellkolben (7) mit An- bzw. Abtriebseinheit (3, 10) gekoppelt ist und
- daß eine Entkopplung der miteinander gekoppelten Elemente durch hydrau lisch erzeugte Axialverlagerung des Verstellkolbens (7) unter Überwindung einer Rastkraft des Koppelmittels (20) herstellbar ist.

2. Vorrichtung nach Anspruch 1, dadurch gekennzeichnet, daß als Koppelmittel (20) jeweils eine Kugel vorgesehen ist, welche in Koppelrichtung über ein vorzugsweise als Schraubenfeder ausgebildetes Federmittel (21) beaufschlagt ist, wobei dessen Aufnahme (18) als Bohrung hergestellt ist.

3. Vorrichtung nach Anspruch 1, dadurch gekennzeichnet, daß mehrere spiral förmig über einen Umfang des Innenmantels (16) des Gehäuses (15) versetzte Aussparungen (17) appliziert sind.

4. Vorrichtung nach Anspruch 1 oder 3, dadurch gekennzeichnet, daß je Koppelstellung zumindest zwei Aussparungen (17) vorgesehen sind, die sich diametral gegenüberliegen bzw. welche axial voneinander beabstandet sind.

5. Vorrichtung nach Anspruch 1, dadurch gekennzeichnet, daß der Verstell kolben (7) entgegen einer axialen Verlagerungsrichtung, in die er hervorgerufen durch die in Richtung "spät" wirkenden Wechselmomente der Nockenwelle bevorzugt eilt, über die Kraft eines separaten Federmittels (21a) angefedert ist.

6. Vorrichtung nach Anspruch 5, dadurch gekennzeichnet, daß das Federmittel (21a) als die Abtriebseinheit (10) innerhalb einer der Druckkammern (13 oder 14) konzentrisch umschließende Druckfeder ausgebildet ist, die einenends auf die betreffende Stirnseite (11) oder (12) des Verstellkolbens (7) wirkt.

7. Vorrichtung nach Anspruch 1, dadurch gekennzeichnet, daß eine Kopplung des Koppelmittels (20) in die Aussparung (17) in einer Drehstellung von An triebs- zu Abtriebseinheit (3, 10) zueinander herstellbar ist, die determiniert ist durch eine "frühe" oder "späte" axiale Anschlagstellung des Verstellkolbens (7) in der jeweiligen Druckkammer (14 oder 13).