DE19708661A1

DE19708661A1 - Vorrichtung zur Variierung der Ventilsteuerzeiten einer Brennkraftmaschine, insbesondere Nockenwellen-Verstelleinrichtung nach dem Flügelzellenprinzip

Info

Publication number: DE19708661A1
Application number: DE19708661A
Authority: DE
Inventors: Martin Dr Ing Scheidt
Original assignee: INA Waelzlager Schaeffler OHG
Current assignee: Schaeffler Technologies AG and Co KG
Priority date: 1997-03-04
Filing date: 1997-03-04
Publication date: 1998-09-10
Anticipated expiration: 2017-03-05
Also published as: JPH10252421A; US5836278A; DE19708661B4

Description

Gebiet der Erfindung

Die Erfindung betrifft eine Vorrichtung zur Variierung der Ventilsteuerzeiten einer Brennkraftmaschine, insbesondere eine Nockenwellen-Verstelleinrichtung nach dem Flügelzellenprinzip, bestehend aus einem als Außenrotor ausgebilde ten, mit einer Kurbelwelle der Brennkraftmaschine über einen Zahnriemen oder eine Steuerkette verbundenen Antriebsrad, welches einen durch eine Umfangs wand und zwei Seitenwände gebildeten Hohlraum aufweist, wobei an der Außenseite der Umfangswand eine Verzahnung vorgesehen ist und in die Innenseite der Umfangswand mindestens eine Arbeitskammer mit zur Längs mittelachse des Antriebsrades gerichteten Begrenzungswänden eingearbeitet ist, wobei in dem Hohlraum des Antriebsrades ein als Innenrotor ausgebildetes, drehfest mit der Nockenwelle verbundenes Flügelrad mit mindestens einem radialen Flügel eingesetzt ist, dessen Flügel jede Arbeitskammer wiederum in jeweils zwei Druckräume unterteilt, welche durch wahlweise, zeitlich versetzte oder gleichzeitige Druckbeaufschlagung mit einem Drucköl eine Relativver drehung und/oder eine stufenlose hydraulische Einspannung der Nockenwelle zur Kurbelwelle bewirken.

Hintergrund der Erfindung

Bei den der Fachwelt allgemein bekannten Flügelzellen-Verstelleinrichtungen der obengenannten Art erfolgt die Abdichtung der Druckräume im Hohlraum des Antriebsrades gegen Drucköl-Leckagen zumeist durch enge Spalten zwi schen den üblicherweise aus einem Stahl gleicher Güte bestehenden Flügeln des Flügelrades und dem die Druckräume umschließenden Begrenzungswänden des Antriebsrades. Trotz der kostenaufwendigen paßgenauen Fertigung solcher Verstelleinrichtungen hat es sich jedoch gezeigt, daß im Motorbetrieb mit zunehmender Temperatur des Drucköls aufgrund der Wärmeausdehnung des Flügelrades und des Antriebsrades über die an sich begrenzt erforderliche Leckage hinaus zunehmende Leckagen durch die Spalte hindurch auftreten, die zu einem Absinken des Versorgungsöldrucks und somit zu verzögerten Verstell zeiten sowie zu einer zu weichen hydraulischen Einspannung des Flügelrades und somit der Nockenwelle führen. Dies wirkt sich verstärkt nachteilig bei hohen Öltemperaturen aus, da dort die Viskosität und der Versorgungsöldruck besonders gering sind, so daß die vom Kennfeld der Motorsteuerung vorgegebe ne Verstellposition der Nockenwelle häufig nachgeregelt werden muß und/oder höhere Ölfördermengen zur Verfügung gestellt werden müssen. Auch bei tiefen Temperaturen, bei denen das Drucköl eine sehr hohe Viskosität aufweist, haben sich die kleinen Spaltbreiten insofern als nachteilig erwiesen, daß zwischen dem Flügelrad und dem Antriebsrad eine erhöhte Reibung aufgrund von Scherkräften in den Spalten auftritt und sich somit die angestrebten Verstellzeiten der Ver stelleinrichtung nicht sofort realisieren lassen.

Durch eine weitere, in der DE-OS 39 22 962 offenbarte gattungsgemäße An triebsvorrichtung für eine Nockenwelle ist es darüberhinaus bekannt, in die Flügel des Flügelrades axiale und radiale Nuten einzuarbeiten und in diese Nuten federgelagerte Dichtungen einzusetzen, die mit der Umfangswand und den Seitenwänden des Hohlraumes des Antriebsrades dichtend zusammen wirken.

Diese Dichtungsmaßnahmen haben sich jedoch hinsichtlich des Fertigungsauf wandes und der Herstellungskosten für Flügelzellen-Verstelleinrichtungen als äußerst aufwendig erwiesen und können durch die Übergangsstöße zwischen den einzelnen Axial- und Radialdichtungen ebenfalls noch keine zufriedens tellende Senkung der Leckagewerte gewährleisten.

Aufgabe der Erfindung

Aufgabe der Erfindung ist es daher, eine Vorrichtung zur Variierung der Ventil steuerzeiten einer Brennkraftmaschine, insbesondere eine Nockenwellen-Ver stelleinrichtung nach dem Flügelzellenprinzip, zu konzipieren, bei der mit einfachen kostengünstigen Mitteln eine zuverlässige Abdichtung der Druck räume im Hohlraum des Antriebsrades gegen unerwünschte Drucköl-Leckagen gewährleistet ist.

Zusammenfassung der Erfindung

Erfindungsgemäß wird die Aufgabe bei einer Nockenwellen-Verstelleinrichtung nach dem Oberbegriff des Anspruchs 1 derart gelöst, daß ein Werkstoff des Flügelrades einen höheren thermischen Ausdehnungskoeffizienten aufweist als ein Werkstoff des Antriebsrades, und daß im Motorbetrieb durch eine entspre chende Ausdehnung des Flügelrades die Druckräume im Hohlraum des An triebsrades gegen Leckagen abgedichtet sind.

In zweckmäßiger Ausgestaltung der Erfindung gemäß Unteranspruch 2 besteht das Antriebsrad dabei bevorzugt aus einem Stahl und das Flügelrad besteht bevorzugt aus Aluminium.

Eine erfindungsgemäß ausgebildete Nockenwellen-Verstelleinrichtung nach dem Flügelzellenprinzip weist somit gegenüber dem Stand der Technik den Unter schied auf, daß das aus einem Werkstoff mit höherer Wärmeausdehnung beste hende Flügelrad geringfügig kleiner gefertigt wird als bei den bisher üblichen Stahl-Stahl-Ausführungen. Dadurch ergeben sich bei tiefen Öltemperaturen vergrößerte Spalte zwischen den Flügeln des Flügelrades und den die Druck räume umschließenden Begrenzungswänden des Antriebsrades, so daß die Scherkräfte in den Spalten und somit die Reibung zwischen dem Flügelrad und dem Antriebsrad vermindert wird. Darüber hinaus haben sich die vergrößerten Spalte auch dahingehend als vorteilhaft erwiesen, daß die im Motorbetrieb, also bei vorzugsweise hohen Öltemperaturen, angeschwemmten Schmutz- und Ver schleißpartikel (allgemeine Kontamination) beim Motorstart, also bei tiefen Öltemperaturen, durch die vergrößerten Spalte aus der Verstelleinrichtung ausgespült werden.

Bei hohen Öltemperaturen weist die erfindungsgemäß ausgebildete Nockenwel len-Verstelleinrichtung dagegen den Vorteil auf, daß sich das Flügelrad durch seinen höheren Ausdehnungskoeffizienten mehr als das Antriebsrad ausdehnt, so daß sich die Spalte zwischen den Flügeln des Flügelrades und den die Druckräume umschließenden Begrenzungswänden des Antriebsrades extrem verkleinern. Die erfindungsgemäß ausgebildete Nockenwellen-Verstelleinrich tung ist somit hinsichtlich der Abdichtung von Leckagen in der Lage, sich selbsttätig auf die jeweiligen Viskositätszustände des Drucköls einzustellen bzw. der mit ansteigenden Öltemperaturen abnehmenden Viskosität des Drucköls entgegenwirken und weist nur noch die zu Schmierzwecken begrenzt erforderli che Leckage von Drucköl auf.

Kurze Beschreibung der Zeichnung

Die Erfindung wird nachstehend anhand von Zeichnungen näher erläutert.

Dabei zeigen:

Fig. 1 die Vorderansicht einer erfindungsgemäß ausgebildeten Vor richtung mit abgeschraubten Gehäusedeckel;

Fig. 2 die erfindungsgemäß ausgebildete Vorrichtung im Schnitt A-A nach Fig. 1.

Ausführliche Beschreibung der Zeichnungen

Die Fig. 1 und 2 zeigen eine Vorrichtung zur Variierung der Ventilsteuerzei ten einer Brennkraftmaschine, wie sie der Fachwelt an sich bekannt ist. Diese als Nockenwellen-Verstelleinrichtung nach dem Flügelzellenprinzip bekannte Vorrichtung besteht grundsätzlich aus einem als Außenrotor ausgebildeten, im dargestellten Ausführungsbeispiel über eine Steuerkette mit einer Kurbelwelle der Brennkraftmaschine verbundenen Antriebsrad 1 und einem als Innenrotor ausgebildeten, drehfest mit der Nockenwelle 14 verbundenen Flügelrad 11.

In den Zeichnungen ist dabei deutlich zu sehen, daß das Antriebsrad 1 durch eine Umfangswand 2 und zwei Seitenwände 6, 7 einen Hohlraum 8 aufweist und an der Außenseite der Umfangswand 2 mit einer Verzahnung 3 für die Steuerkette ausgebildet ist. Die den Hohlraum 8 seitlich begrenzenden Seiten wände 6, 7 sind im übrigen kreisringförmig ausgebildet und werden durch die in den Zeichnungen ohne Bezugszeichen dargestellten Schrauben sich jeweils parallel gegenüberliegend am Antriebsrad 1 befestigt.

In die Innenseite der Umfangswand 2 des Antriebsrades 1 sind dagegen, wie in Fig. 1 zu sehen ist, im konkreten Fall drei Arbeitskammern 4 mit jeweils zur Längsmittelachse des Antriebsrades 1 gerichteten Begrenzungswänden 5a und 5b symmetrisch eingearbeitet, welche die Umfangswand 2 in ebenfalls sym metrische und zugleich mit den entsprechenden Gewindebohrungen zur Befesti gung der Seitenwände 6, 7 am Antriebsrad 1 ausgebildete Abschnitte unter teilen.

In den Hohlraum 8 des Antriebsrades 1 ist in bekannter Weise ein als Innenro tor ausgebildetes, fest mit der Nockenwelle 14 verbundenes Flügelrad 11 eingesetzt, an dessen Umfang radiale Flügel 12 in der gleichen Anzahl und mit der gleichen symmetrischen Teilung wie die Arbeitskammern 4 am Antriebsrad 1 angeordnet sind. Diese Flügel 12 unterteilen im montierten Zustand des Flügelrades 11 die Arbeitskammern 4 am Antriebsrad 1 wiederum in jeweils zwei Druckräume 9, 10, welche durch wahlweise, zeitlich versetzte oder gleichzeitige Druckbeaufschlagung über die in Fig. 1 gestrichelt angedeuteten und nicht näher bezeichneten Ölkanäle mit einem Drucköl eine Relativver drehung und/oder eine stufenlose hydraulische Einspannung der Nockenwelle 14 zur Kurbelwelle bewirken. Die in Fig. 1 gezeigte Stellung des Flügelrades 11 zum Antriebsrad 1 könnte dabei eine hydraulisch eingespannte Mittelstel lung des Flügelrades 11 darstellen, d. h. sowohl die Druckkammern 9 als auch die Druckkammern 10 sind mit einem gleich großen Druck beaufschlagt. In dieser, aber auch in jeder anderen Stellung des Flügelrades 11 kommt es bei den bekannten Vorrichtungen der dargestellten Art, insbesondere bei hohen Öltemperaturen, über die in Fig. 1 mit den Bezugszeichen 13 bezeichneten radialen Spalte zu hydraulischen Kurzschlüssen zwischen den Druckräumen 9, 10 und/oder über die in Fig. 2 gezeigten seitlichen Spalte 13 zu Leckagen.

Erfindungsgemäß besteht deshalb das Flügelrad 11 aus einem Werkstoff mit einem höheren thermischen Ausdehnungskoeffizienten als der Werkstoff des Antriebsrades 1, so daß es durch seine Ausdehnung im Motorbetrieb die Druck räume 9, 10 im Hohlraum 7 des Antriebsrades 1 gegen Leckagen und hydrauli sche Kurzschlüsse abdichtet. Besonders vorteilhaft hat es sich dabei erwiesen, das einer hohen mechanischen Beanspruchung unterliegende Antriebsrad 1 aus einem verschleißfesten Stahl und das Flügelrad 11 aus Aluminium herzustellen, wobei jedoch auch andere unter den kennzeichnenden Teil des Anspruchs fallende Werkstoffkombinationen denkbar sind.

Bezugszeichenliste

1

Antriebsrad

2

Umfangswand

3

Verzahnung

4

Arbeitskammern

5

a Begrenzungswand

5

b Begrenzungswand

6

Seitenwand

7

Seitenwand

8

Hohlraum

9

Druckraum

10

Druckraum

11

Flügelrad

12

Flügel

13

Spalte

14

Nockenwelle

Claims

1. Vorrichtung zur Variierung der Ventilsteuerzeiten einer Brennkraftmaschine, insbesondere Nockenwellen-Verstelleinrichtung nach dem Flügelzellenprinzip, bestehend aus einem als Außenrotor ausgebildeten, mit einer Kurbelwelle der Brennkraftmaschine über einen Zahnriemen oder eine Steuerkette verbundenen Antriebsrad (1), welches einen durch eine Umfangswand (2) und zwei Seiten wände (6, 7) gebildeten Hohlraum (8) aufweist, wobei an der Außenseite der Umfangswand (2) eine Verzahnung (3) vorgesehen ist und in die Innenseite der Umfangswand (2) mindestens eine Arbeitskammer (4) mit zur Längsmittelachse des Antriebsrades (1) gerichteten Begrenzungswänden (5a, 5b) eingearbeitet ist, wobei in den Hohlraum (8) des Antriebsrades (1) ein als Innenrotor ausgebilde tes, drehfest mit der Nockenwelle (14) verbundenes Flügelrad (11) mit minde stens einem radialen Flügel (12) eingesetzt ist, dessen Flügel (12) jede Arbeits kammer (4) wiederum in jeweils zwei Druckräume (9, 10) unterteilen, welche durch wahlweise, zeitlich versetzte oder gleichzeitige Druckbeaufschlagung mit einem Drucköl eine Relativverdrehung und/oder eine stufenlose hydraulische Einspannung der Nockenwelle (14) zur Kurbelwelle bewirken, dadurch gekenn zeichnet, daß ein Werkstoff des Flügelrades (11) einen höheren thermischen Ausdehnungskoeffizienten aufweist als ein Werkstoff des Antriebsrades (1), und daß im Motorbetrieb durch eine entsprechende Ausdehnung des Flügelrades (11) die Druckräume (9, 10) im Hohlraum (8) des Antriebsrades (1) gegen Leckagen abgedichtet sind.

2. Vorrichtung nach Anspruch 1, dadurch gekennzeichnet, daß das Antriebsrad (1) bevorzugt aus einem Stahl und das Flügelrad (11) bevorzugt aus Aluminium besteht.