DE19856317A1

DE19856317A1 - Vorrichtung zum Verändern der Steuerzeiten von Gaswechselventilen einer Brennkraftmaschine

Info

Publication number: DE19856317A1
Application number: DE1998156317
Authority: DE
Inventors: Jens Schaefer
Original assignee: INA Waelzlager Schaeffler OHG
Current assignee: INA Waelzlager Schaeffler OHG
Priority date: 1998-12-07
Filing date: 1998-12-07
Publication date: 2000-06-08

Abstract

Die Erfindung betrifft eine Vorrichtung zum Verändern der Steuerzeiten von Gaswechselventilen einer Brennkraftmaschine, die aus einer mit einer Kurbelwelle in Antriebsverbindung stehenden Antriebseinheit sowie aus einer drehfest mit einer Nockenwelle verbundenen Antriebseinheit besteht. Des Weiteren weist die Vorrichtung zwei oder mehrere zwischen der Antriebseinheit und der Abtriebseinheit angeordnete Druckräume auf, denen ein hydraulisches Druckmittel über eine hohlzylindrische Anschlußkonsole (7) zuströmt. Diese Anschlußkonsole (7) weist in ihrer Mantelfläche mehrere in Ringnuten (10, 11, 12) aufgenommene Dichtringe (13, 14, 15) auf, die von einer hohlzylindrischen Aufnahme (16) eines Druckmittel-Zuleitungsbauteils umschlossen werden. Diese Dichtringe (13, 14, 15) liegen mit ihren Außenmantelflächen (19, 20, 21) an der Innenwandung (22) der Aufnahme (16) an und dichten die zwischen den Dichtringen (13, 14, 15) entstehenden Ringkanäle (23, 24) für das hydraulische Druckmittel gegeneinander ab. DOLLAR A Erfindungsgemäß weist das Druckmittel-Zuleitungsbauteil in der Innenwandung (22) seiner Aufnahme (16) jeweils gegenüber der Außenmantelfläche (19, 20, 21) jedes Dichtrings (13, 14, 15) eine ringförmig umlaufende Schmiernut (25, 26, 27) auf, welche mit dem hydraulischen Druckmittel der Vorrichtung befüllbar und als Schmiermittelreservoir zwischen den Dichtringen (13, 14, 15) und der Aufnahme (16) ausgebildet sind.

Description

Gebiet der Erfindung

Die Erfindung betrifft eine Vorrichtung zum Verändern der Steuerzeiten von Gaswechselventilen einer Brennkraftmaschine nach den oberbegriffsbildenden Merkmalen des Anspruchs 1, und sie ist insbesondere vorteilhaft an hydrau lisch betriebenen Nockenwellen-Verstelleinrichtungen anwendbar.

Hintergrund der Erfindung

Eine derartige Vorrichtung ist gattungsbildend aus der DE-OS 195 02 496 vor bekannt. Aus dieser Veröffentlichung geht hervor, daß eine solche Vorrichtung zum einen aus einer über ein Zugmittel mit einer Kurbelwelle in Antriebsverbin dung stehenden Antriebseinheit sowie zum anderen aus einer drehfest mit ei ner Nockenwelle verbundenen Abtriebseinheit steht. Desweiteren weist diese Vorrichtung zwei zwischen der Antriebseinheit und der Abtriebseinheit ange ordnete und durch einen axial verschiebbaren Verstellkolben begrenzte Druck räume auf, die durch wechselweise oder gleichzeitige Druckbeaufschlagung mit einem hydraulischen Druckmittel sowie durch an der Antriebseinheit, an der Abtriebseinheit und am Verstellkolben angeordnete komplementäre Schrägver zahnungen eine Schwenkbewegung oder Fixierung der Antriebseinheit gegen über der Abtriebseinheit und damit eine Relativverdrehung oder eine stufenlo se hydraulische Einspannung der Nockenwelle zur Kurbelwelle bewirken. Da bei strömt den Druckräumen der Vorrichtung das hydraulische Druckmittel über eine drehfest mit der Abtriebseinheit verbundene hohlzylindrische Anschluß konsole zu, welche den Endbereich der Nockenwelle koaxial umschließt und an ihrer Mantelfläche mehrere in Ringnuten aufgenommene Dichtringe auf weist. Diese Dichtringe sind als vorgespannte Stahldichtringe mit einer Spreng fuge ausgebildet und werden wiederum von einer hohlzylindrischen Aufnahme eines feststehenden Druckmittel-Zuleitungsbauteils der Brennkraftmaschine umschlossen, wobei die hohlzylindrische Aufnahme des Druckmittel-Zulei tungsbauteils im konkreten Fall als Aufnahmeflansch einer gesonderten Ölfüh rungsbrille mit integriertem, hydraulischem Steuerelement ausgebildet ist. Dabei liegen die Dichtringe mit ihren Außenmantelflächen an der Innenwandung der Aufnahme des Druckmittel-Zuleitungsbauteils an und dichten die zwischen den Dichtringen entstehenden umlaufenden Ringkanäle für das hydraulische Druckmittel gegeneinander ab.

In der Praxis hat es sich jedoch gezeigt, daß sich bei dieser Abdichtung die Rotation der Abtriebseinheit auf die Stahldichtringe überträgt, wodurch sich diese über ihre Außenmantelflächen in die Innenwandung der Aufnahme des Druckmittel-Zuleitungsbauteils "eingraben" bzw. durch welche sowohl die Stahldichtringe als auch die Aufnahme einem beträchtlichen Verschleiß unter liegen. Dieses nachteilige Verhalten tritt aufgrund des Reibschlusses zwischen den Stahldichtringen und der Innenwandung der Aufnahme auf, welcher aus dem in den Ringkanälen der Anschlußkonsole herrschenden Druck des hy draulischen Druckmittels sowie aus der radialen Vorspannung der Stahldich tringe resultiert. Durch das "Eingraben" der Stahldichtringe in die Aufnahme können beispielsweise Abriebspäne freigesetzt werden, die beim Eintritt in die Nockenwellen-Verstelleinrichtung eine Funktionsstörung auslösen können. Weiterhin bedingt das "Eingraben" der Stahldichtringe in die Aufnahme ein radiales Aufweiten der Stahldichtringe, wodurch sich die Sprengfuge in den die Stahldichtringe aufnehmenden Ringnuten und damit der Leckspalt der Stahl dichtringe vergrößert. Dies hat unter Umständen einen Druckmittelverlust in den Druckräumen der Nockenwellen-Verstelleinrichtung beim Stillstand der Brennkraftmaschine zur Folge, so daß der Verstellkolben in der Startphase der Brennkraftmaschine keine ausreichende hydraulische Einspannung mehr er fährt und unter einer nachteiligen Geräuschentwicklung ungehindert an seinen Endanschlägen anschlägt. Ebenso wurde festgestellt, daß sich ab einer be stimmten Eingrabtiefe der Stahldichtringe in die Aufnahme während des Motor betriebes systemwichtige Kenngrößen, wie beispielsweise die Verstellge schwindigkeit der Nockenwellen-Verstelleinrichtung, insbesondere bei kleinen Motordrehzahlen, stark verringert, da die hervorgerufenen, zusätzlichen Druck mittelleckagen bei begrenzter Leistung der Druckmittelpumpe zum Absinken des Druckniveaus führen.

Aufgabe der Erfindung

Der Erfindung liegt deshalb die Aufgabe zugrunde, eine Vorrichtung zum Ver ändern der Steuerzeiten von Gaswechselventilen einer Brennkraftmaschine zu konzipieren, bei welcher mit einfachen Mitteln der Reibschluß zwischen den rotierenden Dichtringen und der Innenwandung der Aufnahme des feststehen den Druckmittel-Zuleitungsbauteils sowie die aus dem "Eingraben" der Dich tringe resultierenden Druckmittelleckagen auf ein Minimum reduzierbar sind.

Zusammenfassung der Erfindung

Erfindungsgemäß wird diese Aufgabe bei einer Vorrichtung nach dem Oberbe griff des Anspruchs 1 derart gelöst, daß das Druckmittel-Zuleitungsbauteil in der Innenwandung seiner Aufnahme jeweils gegenüber der Außenmantelfläche jedes Dichtringes eine oder mehrere ringförmig umlaufende sowie mit einer geringeren Breite als die Breite der Außenmantelfläche jedes Dichtrings aus gebildete Vertiefungen aufweist, welche mit dem hydraulischen Druckmittel der Vorrichtung befüllbar und als Schmiermittelreservoir zwischen den Dichtringen und der Aufnahme ausgebildet sind.

In zweckmäßiger Weiterbildung der erfindungsgemäßen Vorrichtung sind dabei die Vertiefungen in der Innenwandung der Aufnahme für jeden Dichtring bevor zugt als einzelne durchgehend umlaufende Schmiernuten ausgebildet, wäh rend als hydraulisches Druckmittel das Motoröl aus dem Schmierkreislauf der Brennkraftmaschine genutzt wird. Vom Schutzumfang der Erfindung einge schlossen sind jedoch auch solche Lösungen, bei denen anstelle einer durch gehend umlaufenden Schmiernut je Dichtring eine abschnittsweise umlaufende bzw. unterbrochene Schmiernut je Dichtring in die Innenwandung der Aufnah me eingearbeitet wird, wobei auch hierbei zwischen symmetrisch und unsym metrisch zueinander angeordneten Nutabschnitten variiert werden kann. Eben so ist es möglich, die ringförmig umlaufenden Vertiefungen für jeden Dichtring als einzelne, gleichmäßig oder ungleichmäßig zueinander beabstandete Grundbohrungen auszubilden oder auch die Vertiefungen in äquivalenter Wei se in die Außenmantelfläche der Dichtringe selbst einzuarbeiten. Die Aufnah me der Anschlußkonsole im Druckmittel-Zuleitungsbauteil der Brennkraftma schine kann dabei ebenso als Aufnahmeflansch einer gesonderten Ölfüh rungsbrille oder auch als Lagerung der Anschlußkonsole im Zylinderkopf oder im Ventildeckel der Brennkraftmaschine ausgebildet sein.

In vorteilhafter Ausgestaltung der erfindungsgemäßen Vorrichtung wird es dar über hinaus vorgeschlagen, sowohl die Breite als auch die Tiefe der Schmier nuten für die Dichtringe derart auszubilden, daß diese etwa einen Drittel der Breite der Außenmantelfläche jedes Dichtrings entsprechen. Dieses Verhältnis hat sich hinsichtlich des erwünschten Schmiereffekts zwischen den Dichtringen und der Aufnahme des Druckmittel-Zuleitungsbauteils als am vorteilhaftesten erwiesen und kann sinngemäß auch bei allen anderen Ausführungsformen der Vertiefungen in der Innenmantelfläche der Aufnahme angewandt werden. Die auf ein derartiges Maß reduzierte Breite der Schmiernuten hat darüber hinaus noch den Vorteil, daß dadurch eine annähernd gleiche Dichtwirkung der Dich tringe wie bei vergleichbaren Lösungen ohne Schmiernuten in der Innenwan dung der Aufnahme erzielt wird und somit keine nennenswerte Erhöhung von Druckmittelleckagen zwischen den einzelnen Ringkanälen der Anschlußkon sole auftritt. Ebenso erhöht eine derart reduzierte Breite der Schmiernuten die Möglichkeiten zum Ausgleich sich addierender Toleranzen, die sich im Hinblick auf die relative Lage der Dichtringe zu den ihnen zugeordneten Schmiernuten in der Aufnahme aus der Toleranzkette über das Nockenwellenende, die An schlußkonsole und das Druckmittel-Zuleitungsbauteil ergeben. Dennoch stellt das genannte Verhältnis lediglich einen Richtwert dar, mit dem die Ausbildung der Schmiernuten für die Dichtringe mit einer größeren oder kleineren Breite und/oder Tiefe nicht vom Schutzumfang der Erfindung ausgeschlossen sein soll.

In weiterer Fortbildung der erfindungsgemäß ausgebildeten Vorrichtung wird es schließlich noch vorgeschlagen, daß der Abstand der Schmiernuten zueinan der bevorzugt etwa den Abstand der Dichtringe zueinander entspricht und daß die Schmiernuten bevorzugt einen rechteckigen oder halbrunden Profilquer schnitt aufweisen. Dabei hat es sich als vorteilhaft erwiesen, daß eine aus der obengenannten Toleranzkette ggf. resultierende außermittige Lage der Mittel ebenen der Dichtringe zu den Mittelebenen der Schmiernuten keine negativen Auswirkungen auf den erwünschten Schmiereffekt zwischen den Dichtringen und der Aufnahme und/oder auf die Druckmittelleckage zwischen den Ringka nälen der Anschlußkonsole hat. Der rechteckige oder halbrunde Profilquer schnitt der Schmiernuten hat sich dagegen in fertigungstechnischer Hinsicht als am kostengünstigsten erwiesen und kann auch in jeder anderen beliebigen Form ausgebildet werden. Dabei ist es zur Vermeidung von Spänen und den daraus resultierenden, negativen Wirkungen auf die Vorrichtung vorteilhaft, die Kanten der Schmiernuten unabhängig von deren Profilquerschnitt zusätzlich rundum zu entgraten.

Die erfindungsgemäß ausgebildete Vorrichtung zum Verändern der Steuerzei ten von Gaswechselventilen einer Brennkraftmaschine hat somit gegenüber den aus dem Stand der Technik bekannten Lösungen den Vorteil, daß durch die Ausbildung der Aufnahme des Druckmittel-Zuleitungsbauteils mit umlau fenden Schmiernuten oder ähnlichen Vertiefungen mit einfachsten Mitteln die Schmierung zwischen den rotierenden Dichtringen und der feststehenden In nenwandung der Aufnahme verbessert wird. Dadurch wird in kostengünstiger Weise der bisher auftretende Reibschluß zwischen den Dichtringen und der Innenwandung der Aufnahme wesentlich vermindert und das beschriebene "Eingraben" der Dichtringe in die Innenwandung sowie die daraus resultieren den Druckmittelleckagen zwischen den Ringkanälen in der Anschlußkonsole der Vorrichtung werden wirksam vermieden.

Kurze Beschreibung der Zeichnungen

Die Erfindung wird nachfolgend anhand eines Ausführungsbeispieles näher erläutert. In den dazugehörigen Zeichnungen zeigen dabei in:

Fig. 1 eine Teilansicht der Draufsicht auf einem Zylinderkopf ei ner Brennkraftmaschine mit einer quergeschnittenen, erfin dungsgemäß ausgebildeten Vorrichtung;

Fig. 2 eine vergrößerte Darstellung der Einzelheit X nach Fig. 1;

Fig. 3 eine Draufsicht auf das Druckmittel-Zuleitungsbauteil der erfindungsgemäß ausgebildeten Vorrichtung mit querge schnittener Aufnahme.

Ausführliche Beschreibung der Zeichnungen

Aus Fig. 1 geht deutlich eine Vorrichtung 1 zum Verändern der Steuerzeiten von Gaswechselventilen einer Brennkraftmaschine hervor, die hier beispielhaft als Nockenwellen-Verstelleinrichtung nach dem Axialkolbenprinzip dargestellt ist. Diese Vorrichtung 1 besteht in bekannter Weise zum einen aus einer über ein Zugmittel mit einer nicht näher dargestellten Kurbelwelle in Antriebsverbin dung stehenden Antriebseinheit 2 sowie zum anderen aus einer drehfest mit einer Nockenwelle 3 verbundenen Abtriebseinheit 4. Desweiteren weist die Vorrichtung 1 zwei zwischen der Antriebseinheit 2 und der Abtriebseinheit 4 angeordnete Druckräume 5, 6 auf, die durch wechselweise oder gleichzeitige Druckbeaufschlagung mit einem hydraulischen Druckmittel sowie durch an der Antriebseinheit 2, an dem nicht näher bezeichneten Verstellkolben und an der Abtriebseinheit 4 angeordnete, komplementäre Schrägverzahnung eine Schwenkbewegung oder Fixierung der Antriebseinheit 3 gegenüber der Ab triebseinheit 4 und damit eine Relativverdrehung oder eine stufenlose hydrauli sche Einspannung der Nockenwelle 3 zur Kurbelwelle bewirken. Auf eine nähe re Beschreibung der Wirkungsweise dieser Vorrichtung 1 wird an dieser Stelle jedoch verzichtet, da dies als allgemein bekannt vorausgesetzt wird.

Ferner ist aus Fig. 1 ersichtlich, daß den Druckräumen 5, 6 der Vorrichtung 1 das hydraulische Druckmittel über eine drehfest mit der Abtriebseinheit 4 ver bundene hohlzylindrische Anschlußkonsole 7 zuströmt, welche den Endbereich 8 der Nockenwelle 3 koaxial umschließt. An der Mantelfläche 9 dieser An schlußkonsole 7 sind darüber hinaus mehrere in Ringnuten 10, 11, 12 aufge nommene Dichtringe 13, 14, 15 angeordnet, die wiederum von einer hohlzylin drischen Aufnahme 16 eines feststehenden Druckmittel-Zuleitungsbauteils 17, welches hier beispielhaft als Ölführungsbrille mit integriertem, hydraulischem Steuerelement 18 dargestellt ist, umschlossen werden. In der vergrößerten Darstellung der Einzelheit X in Fig. 2 ist dabei zu sehen, daß die Dichtringe 13, 14, 15 mit ihren Außenmantelfläche 19, 20, 21 an der Innenwandung 22 der Aufnahme 16 anliegen und die zwischen den Dichtringen 13, 14, 15 ent stehenden Ringkanäle 23, 24 für das hydraulische Druckmittel in der An schlußkonsole 7 gegeneinander abdichten.

Aus den Fig. 2 und 3 geht weiterhin hervor, daß das als Ölführungsbrille ausgebildete Druckmittel-Zuleitungsbauteils 17 in der Innenwandung 22 seiner Aufnahme 16 jeweils gegenüber der Außenmantelfläche 19, 20, 21 jedes Dich trings 13, 14, 15 erfindungsgemäß eine umlaufende Vertiefung aufweist, die, wie in Fig. 3 erkennbar ist, jeweils als einzelne durchgehend umlaufende Schmiernut 25, 26, 27 ausgebildet ist. Diese mit einer geringeren Breite als die Breite der Außenmantelfläche 19, 20, 21 der Dichtringe 13, 14, 15 ausgebilde ten Schmiernuten 25, 26, 27 sind mit dem hydraulischen Druckmittel der Vor richtung 1 befüllbar und als Schmiermittelreservoir zwischen den Dichtringen 13, 14, 15 und der Aufnahme 16 vorgesehen.

In Fig. 2 ist desweiteren angedeutet, daß sowohl die Breite als auch die Tiefe der Schmiernuten 25, 26, 27 etwa einem Drittel der Breite der Außenmantelflä che 19, 20, 21 jedes Dichtrings 13, 14, 15 entsprechen. Darüber hinaus ist die ser Zeichnung entnehmbar, daß der Abstand der Schmiernuten 25, 26, 27 zu einander, ausgehend von einer nicht dargestellten Längsmittelachse der Dicht ringe 13, 14, 15 etwa den Abstand der Dichtringe 13, 14, 15 zueinander ent spricht und daß die Schmiernuten 25, 26, 27 einen rechteckigen Profilquer schnitt mit rundum entgrateten Kanten aufweisen.

Bezugszeichen

1

Vorrichtung

2

Antriebseinheit

3

Nockenwelle

4

Abtriebseinheit

5

Druckraum

6

Druckraum

7

Anschlußkonsole

8

Endbereich

9

Mantelfläche

10

Ringnut

11

Ringnut

12

Ringnut

13

Dichtring

14

Dichtring

15

Dichtring

16

Aufnahme

17

Druckmittel-Zuleitungsbauteil

18

Steuerelement

19

Außenmantelfläche

20

Außenmantelfläche

21

Außenmantelfläche

22

Innenwandung

23

Ringkanal

24

Ringkanal

25

Schmiernut

26

Schmiernut

27

Schmiernut

Claims

1. Vorrichtung zum Verändern der Steuerzeiten von Gaswechselventilen einer Brennkraftmaschine, welche zum einen aus einer über ein Zugmittel mit einer Kurbelwelle in Antriebsverbindung stehenden Antriebseinheit (2) sowie zum an deren aus einer drehfest mit einer Nockenwelle (3) verbundenen Abtriebseinheit (4) besteht und desweiteren zwei oder mehrere zwischen der Antriebseinheit (2) und der Abtriebseinheit (4) angeordnete Druckräume (5, 6) aufweist, die durch wechselweise oder gleichzeitige Druckbeaufschlagung mit einem hydraulischen Druckmittel eine Schwenkbewegung oder Fixierung der Antriebseinheit (2) ge genüber der Abtriebseinheit (4) und damit eine Relativverdrehung oder eine stufenlose hydraulische Einspannung der Nockenwelle (3) zur Kurbelwelle be wirken, wobei den Druckräumen (5, 6) der Vorrichtung (1) das hydraulische Druckmittel über eine drehfest mit der Abtriebseinheit (4) verbundene hohlzylin drische Anschlußkonsole (7) zuströmt, welche den Endbereich (8) der Nocken welle (3) koaxial umschließt und an ihrer Mantelfläche (9) mehrere in Ringnuten (10, 11, 12) aufgenommene Dichtringe (13, 14, 15) aufweist, die von einer hohlzylindrischen Aufnahme (16) eines feststehenden Druckmittel-Zuleitungs bauteils (17) umschlossen werden und mit ihren Außenmantelflächen (19, 20, 21) an der Innenwandung (22) der Aufnahme (16) anliegend die zwischen den Dichtringen (13, 14, 15) entstehenden umlaufenden Ringkanäle (23, 24) für das hydraulische Druckmittel gegeneinander abdichten, dadurch gekennzeichnet, daß das Druckmittel-Zuleitungsbauteil (17) in der Innenwandung (22) seiner Aufnahme (16) jeweils gegenüber der Außenmantelfläche (19, 20, 21) jedes Dichtrings (13, 14, 15) eine oder mehrere ringförmig umlaufende sowie mit einer geringeren Breite als die Breite der Außenmantelfläche (19, 20, 21) jedes Dich trings (13, 14, 15) ausgebildete Vertiefungen aufweist, welche mit dem hydrauli schen Druckmittel der Vorrichtung (1) befüllbar und als Schmiermittelreservoir zwischen den Dichtringen (13, 14, 15) und der Aufnahme (16) ausgebildet sind.

2. Vorrichtung nach Anspruch 1, dadurch gekennzeichnet, daß die Vertiefun gen in der Innenwandung (22) der Aufnahme (16) für jeden Dichtring (13, 14, 15) bevorzugt als einzelne durchgehend umlaufende Schmiernuten (25, 26, 27) ausgebildet sind.

3. Vorrichtung nach Anspruch 2, dadurch gekennzeichnet, daß sowohl die Breite als auch die Tiefe der Schmiernuten (25, 26, 27) bevorzugt etwa ei nem Drittel der Breite der Außenmantelfläche (19, 20, 21) jedes Dichtrings (13, 14, 15) entsprechen.

4. Vorrichtung nach Anspruch 2, dadurch gekennzeichnet, daß der Abstand der Schmiernuten (25, 26, 27) zueinander bevorzugt etwa dem Abstand der Dichtringe (13, 14, 15) zueinander entspricht.

5. Vorrichtung nach Anspruch 2, dadurch gekennzeichnet, daß die Schmier nuten (25, 26, 27) bevorzugt einen rechteckigen oder halbrunden Profilquer schnitt aufweisen und an ihren Kanten rundum entgratet sind.