EP2536925B1 - Vorrichtung zur variablen einstellung der steuerzeiten von gaswechselventilen einer brennkraftmaschine - Google Patents

Vorrichtung zur variablen einstellung der steuerzeiten von gaswechselventilen einer brennkraftmaschine Download PDF

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EP2536925B1
EP2536925B1 EP11701237.7A EP11701237A EP2536925B1 EP 2536925 B1 EP2536925 B1 EP 2536925B1 EP 11701237 A EP11701237 A EP 11701237A EP 2536925 B1 EP2536925 B1 EP 2536925B1
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EP
European Patent Office
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camshaft
fastening element
central screw
housing
adjusting device
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EP11701237.7A
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EP2536925A1 (de
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Mathias BÖGERSHAUSEN
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Schaeffler Technologies AG and Co KG
Original Assignee
Schaeffler Technologies AG and Co KG
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Publication date
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    • F01—MACHINES OR ENGINES IN GENERAL; ENGINE PLANTS IN GENERAL; STEAM ENGINES
    • F01L—CYCLICALLY OPERATING VALVES FOR MACHINES OR ENGINES
    • F01L1/00—Valve-gear or valve arrangements, e.g. lift-valve gear
    • F01L1/34—Valve-gear or valve arrangements, e.g. lift-valve gear characterised by the provision of means for changing the timing of the valves without changing the duration of opening and without affecting the magnitude of the valve lift
    • F01L1/344—Valve-gear or valve arrangements, e.g. lift-valve gear characterised by the provision of means for changing the timing of the valves without changing the duration of opening and without affecting the magnitude of the valve lift changing the angular relationship between crankshaft and camshaft, e.g. using helicoidal gear
    • F—MECHANICAL ENGINEERING; LIGHTING; HEATING; WEAPONS; BLASTING
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    • F01L1/3442—Valve-gear or valve arrangements, e.g. lift-valve gear characterised by the provision of means for changing the timing of the valves without changing the duration of opening and without affecting the magnitude of the valve lift changing the angular relationship between crankshaft and camshaft, e.g. using helicoidal gear using hydraulic chambers with variable volume to transmit the rotating force
    • F—MECHANICAL ENGINEERING; LIGHTING; HEATING; WEAPONS; BLASTING
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    • F01L1/3442—Valve-gear or valve arrangements, e.g. lift-valve gear characterised by the provision of means for changing the timing of the valves without changing the duration of opening and without affecting the magnitude of the valve lift changing the angular relationship between crankshaft and camshaft, e.g. using helicoidal gear using hydraulic chambers with variable volume to transmit the rotating force
    • F01L2001/34423—Details relating to the hydraulic feeding circuit
    • F01L2001/34446—Fluid accumulators for the feeding circuit

Definitions

  • the invention relates to a device for variable adjustment of the timing of gas exchange valves of an internal combustion engine with a hydraulic phase adjusting device, a camshaft, a volume accumulator, a separately formed to the camshaft fastener and a central screw, the central screw passes through the phase adjusting device and wherein one end of the central screw on an axial Side surface of the phase adjusting device is present and at the other end a first thread is formed.
  • phase adjusting device In modern internal combustion engines devices for variable adjustment of the timing of gas exchange valves are used to adjust the phase relation between the crankshaft and the camshaft in a defined angular range, between a maximum early and a maximum late position variable.
  • the device is integrated in a drive train via which torque is transmitted from the crankshaft to the camshaft.
  • This drive train can be realized for example as a belt, chain or gear drive.
  • the device has, in addition to the camshaft on a phase adjusting device and a central screw, by means of which the phase adjusting device is rotatably connected to the camshaft.
  • the phase adjusting device can be designed, for example, as a vane-type pivoting motor with a plurality of pressure chambers acting against one another.
  • the phase relation of the impeller relative to the cellular wheel and thus the camshaft relative to the crankshaft can be variably adjusted.
  • the pressure medium flow to and from the pressure chambers is usually controlled by means of a hydraulic directional proportional valve, which may be received, for example, within the central screw.
  • Such a device is for example from the DE 10 2005 060 111 A1 known.
  • the central screw is screwed to a solid camshaft to realize the rotationally fixed connection between the phase-adjusting device and the camshaft.
  • the phasing means is mounted on a built camshaft consisting of a tube and cam mounted thereon.
  • the phase adjusting device by means of a welded connection rotatably mounted on the camshaft.
  • Another device is from the DE 102 28 354 A1 known.
  • a cavity is provided within the solid camshaft, which serves as a volume storage.
  • the volume accumulator fills with pressure medium. If the pressure medium requirement of the phase adjusting device rises above the volume flow provided by the pressure medium pump, the volume memory supports the phase adjusting device.
  • the DE 10 2008 029 692 A1 shows a built camshaft with a vane positioner. This creategelzellenversteller is by means of a screw axially braced against an abutment sleeve of the camshaft, so that the rotor is fixed against rotation with respect to the camshaft.
  • the WO 2008/140897 A1 shows a camshaft adjuster with a camshaft, wherein within the camshaft, a spring-loaded piston is arranged. The piston can be moved against the spring force by the supply of hydraulic fluid.
  • the present invention has for its object to provide a device with high response and low production cost.
  • the interior of the camshaft has a cavity in which the fastener is received stationary, wherein on the fastener, a second thread is formed, which cooperates with the first thread of the central screw such that a rotationally fixed connection between the Device and the camshaft is produced and wherein in the cavity a volume accumulator is arranged with a housing, wherein an axial end of the housing rests against a contact surface of the fastening element.
  • the device has a hydraulic phase adjusting device, a camshaft, a central screw and a first fastening element.
  • the phase adjusting device is in drive connection with a crankshaft and is rotatably connected by means of the central screw with the camshaft.
  • the central screw passes through the phase adjusting device wherein one end of the central screw, for example, a collar, rests against an axial side surface of the phase adjusting device and at the other end a first thread, usually an external thread is formed.
  • the phase adjusting device may be a phase of the camshaft be set variably relative to the crankshaft.
  • the camshaft has a cavity in which the separately manufactured to the camshaft fastener stationary, that is immovable in the axial direction and in the circumferential direction at normal load, is added.
  • the fastening element can be screwed, for example, with the lateral surface of the cavity. Also conceivable is a frictional connection.
  • the fastening element has a second thread, usually an internal thread into which the central screw is screwed, so that the phase adjusting device is non-rotatably connected to the camshaft.
  • the device has a volume accumulator which is arranged in the camshaft. The volume accumulator is filled with pressure medium in phases in which sufficient pressure medium is available for operating the phase adjusting device.
  • the volume memory has a housing in which the pressure medium can be stored.
  • a displaceable, spring-loaded piston, a flexible membrane or a gas-filled bubble can be arranged, which serve as energy storage. It is provided that an axial end of the housing bears against a contact surface, as a rule an axial side surface, of the fastening element.
  • the housing may be connected to the fastening element.
  • the fastening element thus serves, on the one hand, for producing the non-rotatable connection between the phase-adjusting device and the camshaft by means of the central screw, wherein this connection method can also be used with relatively thin-walled, built-in camshafts due to the use of the fastening element. Furthermore, the fastening element serves for the axial positional fixing of the housing of the volume accumulator.
  • the fastening element is first positioned and fixed in the cavity of the camshaft. Subsequently, the phase adjusting device by means of the central screw rotatably connected to the camshaft and introduced the volume storage in the camshaft of the phase adjusting device remote end. Subsequently, will this end of the camshaft is closed with a second fastening element, wherein the second fastening element urges the volume accumulator against the first fastening element, so that the volume accumulator is fixed in the axial direction.
  • the contact surface in the direction of the housing conical.
  • the housing of the volume accumulator undergoes a centering during assembly of the second fastening element, so that the housing is automatically aligned coaxially with the axis of rotation of the camshaft.
  • a conical contact surface is advantageously also provided on the second fastening element. The centering of the housing in the cavity of the camshaft creates an annular gap between the housing and the lateral surface of the cavity, which can be used to supply lubricant to camshaft bearing points.
  • the first fastening element or the central screw has a pressure medium channel extending in the axial direction, which opens into the cavity, for example the annular gap, on the side of the fastening element facing away from the phase adjusting device.
  • the pressure medium channel can be formed for example as a bore within the central screw or on an outer circumferential surface of the fastening element.
  • the pressure medium channel communicates with the volume accumulator or with a camshaft bearing point.
  • the fastener assumes not only the functionalities of attaching the phase adjusting device with the camshaft and the volume accumulator with the camshaft, but realized in a simple, cost-neutral manner also parts of the pressure medium supply within the device and adjacent assemblies. This considerably reduces the number of components required and the complexity of the device.
  • FIG. 1 an internal combustion engine 1 is sketched, wherein a seated on a crankshaft 2 piston 3 is indicated in a cylinder 4.
  • the crankshaft 2 is in the illustrated embodiment via a respective traction drive 5 with an intake camshaft 6 and exhaust camshaft 7 in combination, with a first and a second device 11 for a relative rotation between the crankshaft 2 and the camshafts 6, 7 can provide.
  • Cams 8 of the camshafts 6, 7 actuate one or more inlet gas exchange valves 9 or one or more Auslassgas scaffoldventile 10.
  • it may be provided only one of the camshafts 6, 7 with a device 11, or provide only a camshaft 6, 7, which with a Device 11 is provided.
  • FIG. 2 shows a first embodiment of a device 11 according to the invention in longitudinal or in cross section.
  • the device 11 has a phase adjusting device 12, a camshaft 6, 7, a central screw 13 and a first fastening element 14.
  • the phase adjusting device 12 is designed as a hydraulic actuator, which is offset by means of a Glasstoff- or gear drive 5 of the crankshaft 2 in rotation and rotationally fixed to the camshaft 6, 7 is connected.
  • pressure medium supply to a group of pressure chambers, not shown, of the hydraulic actuator of the phase adjusting device 12 with simultaneous pressure medium discharge from a second Group of pressure chambers, also not shown the phase angle of the camshaft 6, 7 can be variably adjusted relative to the crankshaft 2 in a defined angular interval.
  • Such phase adjusting devices 12 are known in the art and, for example, in the DE 42 18 082 A1 or the DE 10 2005 060 111 A1 disclosed.
  • the phase adjusting device 12 is arranged at one axial end of the camshaft 6, 7 and is located in the axial direction on an axial stop formed on the camshaft 6, 7.
  • the central screw 13 By means of the central screw 13, the phase adjusting device 12 rotatably connected to the camshaft 6, 7.
  • the central screw 13 passes through the phase adjusting device 12, wherein one end of the central screw 13 is formed with a radially extending collar. The collar abuts on one of the camshaft 6, 7 facing away from side surface of the phase adjusting device 12.
  • a first thread 15 is formed.
  • the camshaft 6, 7 is formed as a hollow shaft and has a cavity 16 which extends along the entire camshaft 6, 7.
  • the first fastener 14 is disposed and fixed, i. in the axial and radial directions immovably fixed to the camshaft 6, 7. In the illustrated embodiment, this is realized by means of a press fit between an outer circumferential surface of the first fastening element 14 and a lateral surface 16 a of the cavity 16.
  • the first fastening element 14 has, in a central through-bore, a second thread 17 into which the first thread 15 of the central screw 13 engages, so that the phase-adjusting device 12 is connected in a rotationally fixed manner to the camshaft 6, 7.
  • the volume accumulator 18 has a housing 19, a separating element 20, which is designed as a piston 20, and a spring element 21.
  • the housing 19 is substantially hollow cylindrical, each having an opening 22 formed on each axial end face, wherein the housing 19 at its axial ends 23 extends radially inwardly.
  • the outer diameter of the housing 19 is formed smaller than the diameter of the cavity 16.
  • the piston 20 is formed as a thin-walled, cup-shaped sheet metal component and mounted axially displaceable within the housing 19. In this case, the piston 20 separates the interior of the housing 19 in a storage space 24 and a complementary space 25th
  • the spring element 21 is arranged in the complementary space 25 and is supported on the one hand on the side facing away from the reservoir 24 of the piston 20 and on the other hand on the radially inwardly extending portion of the housing 19 from.
  • the axial ends 23 of the housing 19 in each case abut against a conical contact surface 26 (FIG. FIGS. 2 and 3 ).
  • the first conical contact surface 26 is formed on the side facing away from the phase adjusting device 12 side of the first fastening element 14 as an inner cone.
  • the second contact surface 26 is formed on a second fastening element 27 which is fixedly connected to the camshaft 6, 7 and arranged at the end of the camshaft 6, 7 facing away from the phase adjusting device 12.
  • the second contact surface 26 is formed as an outer cone.
  • the volume accumulator 18 is fixed by the abutment of the housing 19 on the conical contact surfaces 26 in the cavity 16 in the axial direction and centered to the longitudinal axis of the camshaft 6, 7.
  • the annular gap 28 extends from the first fastening element 14 along the entire camshaft 6, 7 and covers in particular a plurality of camshaft bearing points 29. In the area of the camshaft bearing points 29 are each a plurality of holes 30 formed on the camshaft 6, 7, on the one hand with the annular gap 28 and on the other hand communicate with the respective camshaft bearing point 29.
  • the annular gap 28 is sealed by the second fastening element 27 in the axial direction.
  • the first fastening element 14 has on its outer lateral surface first pressure medium channels 31 in the form of grooves extending in the axial direction (FIG. FIG. 4 ), so that the annular gap 28 communicates with a receiving region 13a of the cavity 16, in which the central screw 13 is arranged.
  • pressure medium which is conveyed by a pressure medium pump, not shown, via bores 30, which are formed in the region of the first camshaft bearing point 29a on the camshaft 6, 7, the receiving portion 13a.
  • the pressure medium reaches the camshaft bearing points 29 via the first pressure medium channels 31, the annular gap 28 and the bores 30.
  • the second fastening element 27 prevents the escape of pressure medium at the side of the camshaft 6, 7 facing away from the phase adjusting device 12.
  • the pressure medium passes through screw holes 32 into the interior of the hollow central screw 13.
  • the pressure medium passes on the one hand via a arranged in the interior of the central screw 13, not shown, hydraulic directional proportional valve to the phase adjusting device 12.
  • proportional valves are for example from DE 10 2005 052 481 A1 known.
  • excess pressure medium passes through a second pressure medium channel 33 formed in the central screw 13 to the reservoir side opening 22 of the housing 19 of the volume memory 18 and is supplied to the reservoir space 24.
  • the piston 20 is displaced against the force of the spring element 21, whereby the volume of the storage space 24 at the expense of the volume of the Complementary space 25 increases.
  • phase adjusting device 12 If the pressure medium volume required by the phase adjusting device 12 exceeds the pressure medium volume conveyed by the pressure medium pump, the piston 20 is displaced in the opposite direction due to the force exerted by the spring element 21 and thus the pressure medium stored in the volume memory 18 via the second pressure medium channel 33 Phase adjusting device 12 is supplied.
  • the second fastening element 27 has an axially extending, central passage opening 34, via which the complementary space 25 communicates with the interior of the internal combustion engine 1. Thus, air and pressure medium escape from the complementary space 25.

Description

    Gebiet der Erfindung
  • Die Erfindung betrifft eine Vorrichtung zur variablen Einstellung der Steuerzeiten von Gaswechselventilen einer Brennkraftmaschine mit einer hydraulischen Phasenstelleinrichtung, einer Nockenwelle, einem Volumenspeicher, einem separat zur Nockenwelle ausgebildeten Befestigungselement und einer Zentralschraube, wobei die Zentralschraube die Phasenstelleinrichtung durchgreift und wobei ein Ende der Zentralschraube an einer axialen Seitenfläche der Phasenstelleinrichtung anliegt und an dem anderen Ende ein erstes Gewinde ausgebildet ist.
    • Hintergrund der Erfindung
  • In modernen Brennkraftmaschinen werden Vorrichtungen zur variablen Einstellung der Steuerzeiten von Gaswechselventilen eingesetzt, um die Phasenrelation zwischen Kurbelwelle und Nockenwelle in einem definierten Winkelbereich, zwischen einer maximalen Früh- und einer maximalen Spätposition, variabel einstellen zu können. Die Vorrichtung ist in einen Antriebsstrang integriert, über welchen Drehmoment von der Kurbelwelle auf die Nockenwelle übertragen wird. Dieser Antriebsstrang kann beispielsweise als Riemen-, Ketten- oder Zahnradtrieb realisiert sein. Die Vorrichtung weist neben der Nockenwelle eine Phasenstelleinrichtung und eine Zentralschraube auf, mittels derer die Phasenstelleinrichtung drehfest mit der Nockenwelle verbunden ist. Die Phasenstelleinrichtung kann beispielsweise als Schwenkmotor in Flügelzellenbauweise mit mehreren gegeneinander wirkenden Druckkammern ausgebildet sein. Durch Druckmittelzufuhr zu einer Gruppe von Druckkammern bei gleichzeitigem Abfluss von Druckmittel aus der anderen Gruppe von Druckkammern kann die Phasenrelation des Flügelrades relativ zu dem Zellenrad und damit der Nockenwelle relativ zur Kurbelwelle variabel eingestellt werden. Der Druckmittelfluss zu und von den Druckkammern wird üblicherweise mittels eines hydraulischen Wegeproportionalventils geregelt, welches beispielsweise innerhalb der Zentralschraube aufgenommen sein kann.
  • Eine derartige Vorrichtung ist beispielsweise aus der DE 10 2005 060 111 A1 bekannt. In dieser Ausführungsform ist die Zentralschraube mit einer massiv ausgebildeten Nockenwelle verschraubt, um die drehfeste Verbindung zwischen der Phasenstelleinrichtung und der Nockenwelle zu realisieren.
  • Aus der DE 10 2004 026 863 A1 ist eine weitere Vorrichtung bekannt. In dieser Ausführungsform ist die Phasenstelleinrichtung an einer gebauten Nockenwelle befestigt, die aus einem Rohr und daran befestigten Nocken besteht. In dieser Ausführungsform ist die Befestigung der Phasenstelleinrichtung an der Nockenwelle, auf Grund der als Hohlwelle ausgebildeten Nockenwelle, nur schwer zu realisieren. Aus diesem Grund ist die Phasenstelleinrichtung mittels einer Schweißverbindung drehfest an der Nockenwelle befestigt.
  • Eine weitere Vorrichtung ist aus der DE 102 28 354 A1 bekannt. In dieser Ausführungsform ist innerhalb der massiv ausgebildeten Nockenwelle ein Hohlraum vorgesehen, der als Volumenspeicher dient. In Betriebsphasen der Brennkraftmaschine, in denen von einer Druckmittelpumpe der Brennkraftmaschine ausreichend Druckmittel zum Betrieb der Phasenstelleinrichtung zur Verfügung gestellt wird, füllt sich der Volumenspeicher mit Druckmittel. Steigt der Druckmittelbedarf der Phasenstelleinrichtung über den von der Druckmittelpumpe bereitgestellten Volumenstrom, unterstützt der Volumenspeicher die Phasenstelleinrichtung.
  • Die DE 10 2008 029 692 A1 zeigt eine gebaute Nockenwelle mit einem Flügelzellenversteller. Dieser Flügelzellenversteller ist mittels einer Verschraubung gegen eine Anschlagsbuchse der Nockenwelle axial verspannt, so dass der Rotor drehfest gegenüber der Nockenwelle festgelegt ist.
  • Die WO 2008/140897 A1 zeigt einen Nockenwellenversteller mit einer Nockenwelle, wobei innerhalb der Nockenwelle ein federbeaufschlagter Kolben angeordnet ist. Der Kolben kann entgegen der Federkraft durch die Zufuhr von Hydraulikmittel bewegt werden.
    • Aufgabe der Erfindung
  • Der vorliegenden Erfindung liegt die Aufgabe zugrunde, eine Vorrichtung mit hohem Ansprechverhalten und geringem Herstellungsaufwand vorzuschlagen.
    • Zusammenfassung der Erfindung
  • Die Aufgabe wird erfindungsgemäß dadurch gelöst, dass das Innere der Nockenwelle einen Hohlraum aufweist, in dem das Befestigungselement ortsfest aufgenommen ist, wobei an dem Befestigungselement ein zweites Gewinde ausgebildet ist, das mit dem ersten Gewinde der Zentralschraube derart zusammenwirkt, dass eine drehfeste Verbindung zwischen der Vorrichtung und der Nockenwelle hergestellt wird und wobei in dem Hohlraum ein Volumenspeicher mit einem Gehäuse angeordnet ist, wobei ein axiales Ende des Gehäuses an einer Anlagefläche des Befestigungselements anliegt.
  • Die Vorrichtung weist eine hydraulische Phasenstelleinrichtung, eine Nockenwelle, eine Zentralschraube und ein erstes Befestigungselement auf. Die Phasenstelleinrichtung steht in Antriebsverbindung mit einer Kurbelwelle und ist mittels der Zentralschraube drehfest mit der Nockenwelle verbunden. Zu diesem Zweck durchgreift die Zentralschraube die Phasenstelleinrichtung wobei ein Ende der Zentralschraube, beispielsweise ein Bund, an einer axialen Seitenfläche der Phasenstelleinrichtung anliegt und an dem anderen Ende ein erstes Gewinde, in der Regel ein Außengewinde, ausgebildet ist. Durch Druckmittelbeaufschlagung der Phasenstelleinrichtung kann eine Phase der Nockenwelle relativ zu der Kurbelwelle variabel eingestellt werden. Die Nockenwelle weist einen Hohlraum auf, in dem das separat zur Nockenwelle gefertigte Befestigungselement ortsfest, d.h. in axialer Richtung und in Umfangsrichtung bei normaler Belastung unverschiebbar, aufgenommen ist. Das Befestigungselement kann beispielsweise mit der Mantelfläche des Hohlraums verschraubt sein. Ebenfalls denkbar ist eine kraftschlüssige Verbindung. Das Befestigungselement weist ein zweites Gewinde, in der Regel ein Innengewinde auf, in das die Zentralschraube eingeschraubt ist, so dass die Phasenstelleinrichtung drehfest mit der Nockenwelle verbunden ist. Darüber hinaus weist die Vorrichtung einen Volumenspeicher auf, der in der Nockenwelle angeordnet ist. Der Volumenspeicher wird in Phasen, in denen ausreichend Druckmittel zum Betrieb der Phasenstelleinrichtung zur Verfügung steht, mit Druckmittel befüllt. In Phasen der Druckmittelmangelversorgung der Phasenstelleinrichtung wird das in dem Volumenspeicher gespeicherte Druckmittel zur Verfügung gestellt. Der Volumenspeicher weist ein Gehäuse auf, in dem das Druckmittel gespeichert werden kann. Im Inneren des Gehäuses kann beispielsweise ein verschiebbarer, federbeaufschlagter Kolben, eine flexible Membran oder eine mit Gas gefüllte Blase angeordnet sein, die als Kraftspeicher dienen. Dabei ist vorgesehen, dass ein axiales Ende des Gehäuses an einer Anlagefläche, in der Regel einer axialen Seitenfläche, des Befestigungselements anliegt. Zusätzlich kann das Gehäuse mit dem Befestigungselement verbunden sein. Das Befestigungselement dient somit zum einen zur Herstellung der drehfesten Verbindung zwischen der Phasenstelleinrichtung und der Nockenwelle mittels der Zentralschraube, wobei durch den Einsatz des Befestigungselements diese Verbindungsmethode auch bei relativ dünnwandigen, gebauten Nockenwellen Einsatz finden kann. Des Weiteren dient das Befestigungselement der axialen Lagefixierung des Gehäuses des Volumenspeichers.
  • Während der Montage der Vorrichtung wird zunächst das Befestigungselement in dem Hohlraum der Nockenwelle positioniert und fixiert. Anschließend wird die Phasenstelleinrichtung mittels der Zentralschraube drehfest mit der Nockenwelle verbunden und der Volumenspeicher in die Nockenwelle von dem der Phasenstelleinrichtung abgewandten Ende eingeführt. Anschließend wird dieses Ende der Nockenwelle mit einem zweiten Befestigungselement verschlossen, wobei das zweite Befestigungselement den Volumenspeicher gegen das erste Befestigungselement drängt, so dass der Volumenspeicher in axialer Richtung fixiert wird.
  • In einer Weiterbildung der Erfindung wird vorgeschlagen die Anlagefläche in Richtung des Gehäuses konisch auszubilden. Dadurch erfährt das Gehäuse des Volumenspeichers während der Montage des zweiten Befestigungselements eine Zentrierung, so dass das Gehäuse automatisch koaxial zur Drehachse der Nockenwelle ausgerichtet wird. Zu diesem Zweck ist an dem zweiten Befestigungselement vorteilhafterweise ebenfalls eine konische Anlagefläche vorgesehen. Durch die Zentrierung des Gehäuses in dem Hohlraum der Nockenwelle entsteht ein Ringspalt zwischen dem Gehäuse und der Mantelfläche des Hohlraums, der zur Schmiermittelversorgung von Nockenwellenlagerstellen genutzt werden kann.
  • Darüber hinaus kann vorgesehen sein, dass das erste Befestigungselement oder die Zentralschraube einen in axialer Richtung verlaufenden Druckmittelkanal aufweist, der auf der der Phasenstelleinrichtung abgewandten Seite des Befestigungselements in den Hohlraum, beispielsweise den Ringspalt, mündet. Dabei kann der Druckmittelkanal beispielsweise als Bohrung innerhalb der Zentralschraube oder an einer Außenmantelfläche des Befestigungselements ausgebildet sein. Darüber hinaus kann vorgesehen sein, dass der Druckmittelkanal mit dem Volumenspeicher oder mit einer Nockenwellenlagerstelle kommuniziert.
  • Somit übernimmt das Befestigungselement nicht nur die Funktionalitäten der Befestigung der Phasenstelleinrichtung mit der Nockenwelle und des Volumenspeichers mit der Nockenwelle, sondern realisiert auf einfache, kostenneutrale Weise auch Teile der Druckmittelversorgung innerhalb der Vorrichtung und angrenzender Baugruppen. Dadurch verringern sich die Anzahl der benötigten Bauteile und die Komplexität der Vorrichtung erheblich.
    • Kurze Beschreibung der Zeichnungen
  • Weitere Merkmale der Erfindung ergeben sich aus der nachfolgenden Beschreibung und aus den Zeichnungen in denen ein Ausführungsbeispiel der Erfindung vereinfacht dargestellt ist.
  • Es zeigen:
    • Figur 1
    nur sehr schematisch eine Brennkraftmaschine,
    Figur 2
    einen Längsschnitt durch eine erfindungsgemäße Vorrichtung,
    Figur 3
    eine vergrößerte Darstellung der Einzelheit X aus Figur 2,
    Figur 4
    eine perspektivische Darstellung eines Befestigungselements.
    Ausführliche Beschreibung der Zeichnungen
  • In Figur 1 ist eine Brennkraftmaschine 1 skizziert, wobei ein auf einer Kurbelwelle 2 sitzender Kolben 3 in einem Zylinder 4 angedeutet ist. Die Kurbelwelle 2 steht in der dargestellten Ausführungsform über je einen Zugmitteltrieb 5 mit einer Einlassnockenwelle 6 bzw. Auslassnockenwelle 7 in Verbindung, wobei eine erste und eine zweite Vorrichtung 11 für eine Relativdrehung zwischen Kurbelwelle 2 und den Nockenwellen 6, 7 sorgen können. Nocken 8 der Nockenwellen 6, 7 betätigen ein oder mehrere Einlassgaswechselventile 9 bzw. ein oder mehrere Auslassgaswechselventile 10. Ebenso kann vorgesehen sein nur eine der Nockenwellen 6, 7 mit einer Vorrichtung 11 auszustatten, oder nur eine Nockenwelle 6, 7 vorzusehen, welche mit einer Vorrichtung 11 versehen ist.
  • Figur 2 zeigt eine erste Ausführungsform einer erfindungsgemäßen Vorrichtung 11 im Längs- bzw. im Querschnitt. Die Vorrichtung 11 weist eine Phasenstelleinrichtung 12, eine Nockenwelle 6, 7, eine Zentralschraube 13 und ein erstes Befestigungselement 14 auf. Die Phasenstelleinrichtung 12 ist als hydraulischer Stellantrieb ausgebildet, wobei diese mittels eines Zugmittel- oder Zahnradtriebes 5 von der Kurbelwelle 2 in Rotation versetzt wird und drehfest mit der Nockenwelle 6, 7 verbunden ist. Durch Druckmittelzufuhr zu einer Gruppe von nicht dargestellten Druckkammern des hydraulischen Stellantriebs der Phasenstelleinrichtung 12 bei gleichzeitigem Druckmittelabfluss von einer zweiten Gruppe von ebenfalls nicht dargestellten Druckkammern kann die Phasenlage der Nockenwelle 6, 7 relativ zu der Kurbelwelle 2 in einem definierten Winkelintervall variabel eingestellt werden. Derartige Phasenstelleinrichtungen 12 sind der Fachwelt bekannt und beispielsweise in der DE 42 18 082 A1 oder der DE 10 2005 060 111 A1 offenbart.
  • Die Phasenstelleinrichtung 12 ist an einem axialen Ende der Nockenwelle 6, 7 angeordnet und liegt in axialer Richtung an einem an der Nockenwelle 6, 7 ausgebildeten Axialanschlag an. Mittels der Zentralschraube 13 ist die Phasenstelleinrichtung 12 drehfest mit der Nockenwelle 6, 7 verbunden. Zu diesem Zweck durchgreift die Zentralschraube 13 die Phasenstelleinrichtung 12, wobei ein Ende der Zentralschraube 13 mit einem sich in radialer Richtung erstreckenden Bund ausgebildet ist. Der Bund liegt an einer der Nockenwelle 6, 7 abgewandten Seitenfläche der Phasenstelleinrichtung 12 an. An dem anderen Ende der Zentralschraube 13 ist ein erstes Gewinde 15 ausgebildet.
  • Die Nockenwelle 6, 7 ist als Hohlwelle ausgebildet und weist einen Hohlraum 16 auf, der sich entlang der gesamten Nockenwelle 6, 7 erstreckt. Innerhalb des Hohlraums 16 ist das erste Befestigungselement 14 angeordnet und ortsfest, d.h. in axialer und radialer Richtung unverschiebbar, an der Nockenwelle 6, 7 befestigt. In der dargestellten Ausführungsform ist dies mittels einer Presspassung zwischen einer Außenmantelfläche des ersten Befestigungselements 14 und einer Mantelfläche 16a des Hohlraums 16 realisiert. Das erste Befestigungselement 14 weist in einer zentralen Durchgangsbohrung ein zweites Gewinde 17 auf, in das das erste Gewinde 15 der Zentralschraube 13 eingreift, so dass die Phasenstelleinrichtung 12 drehfest mit der Nockenwelle 6, 7 verbunden ist.
  • Innerhalb des Hohlraums 16 der Nockenwelle 6, 7 ist ein Volumenspeicher 18 angeordnet. Der Volumenspeicher 18 weist ein Gehäuse 19, ein Trennelement 20, welches als Kolben 20 ausgebildet ist, und ein Federelement 21 auf. Das Gehäuse 19 ist im Wesentlichen hohlzylindrisch mit jeweils einer Öffnung 22 an jeder axialen Stirnseite ausgebildet, wobei sich das Gehäuse 19 an dessen axialen Enden 23 radial nach innen erstreckt. Der Außendurchmesser des Gehäuses 19 ist geringer als der Durchmesser des Hohlraums 16 ausgebildet. Der Kolben 20 ist als dünnwandiges, topfförmiges Blechbauteil ausgebildet und innerhalb des Gehäuses 19 axialverschiebbar gelagert. Dabei trennt der Kolben 20 das Innere des Gehäuses 19 in einen Vorratsraum 24 und einen Komplementärraum 25.
  • Das Federelement 21 ist in dem Komplementärraum 25 angeordnet und stützt sich einerseits an der dem Vorratsraum 24 abgewandten Seite des Kolbens 20 und andererseits an dem sich radial nach innen erstreckenden Bereich des Gehäuses 19 ab.
  • Die axialen Enden 23 des Gehäuses 19 liegen jeweils an einer konischen Anlagefläche 26 an (Figuren 2 und 3). Die erste konische Anlagefläche 26 ist an der der Phasenstelleinrichtung 12 abgewandten Seite des ersten Befestigungselements 14 als Innenkonus ausgebildet. Die zweite Anlagefläche 26 ist an einem zweiten Befestigungselement 27 ausgebildet, das ortsfest mit der Nockenwelle 6, 7 verbunden und an dem der Phasenstelleinrichtung 12 abgewandten Ende der Nockenwelle 6, 7 angeordnet ist. Dabei ist die zweite Anlagefläche 26 als Außenkonus ausgebildet. Der Volumenspeicher 18 wird durch die Anlage des Gehäuses 19 an den konischen Anlageflächen 26 in dem Hohlraum 16 in axialer Richtung fixiert und zur Längsachse der Nockenwelle 6, 7 zentriert. Da der Außendurchmesser des im Wesentlichen hohlzylindrisch ausgebildeten Gehäuses 19 kleiner als der Innendurchmesser der Mantelfläche 16a der Nockenwelle 6, 7 ausgebildet ist, ist zwischen dem Gehäuse 19 und der Mantelfläche 16a ein Ringspalt 28 realisiert. Somit besteht nicht die Gefahr, dass das Gehäuse 19 während des Positionierens in dem Hohlraum 16 durch Unebenheiten an dessen Mantelfläche 16a deformiert wird. Dadurch ist sichergestellt, dass der Kolben 20 innerhalb des Gehäuses 19 nicht verklemmt, sondern leichtgängig verschiebbar ist. Somit entfällt eine kosten- und zeitintensive spanende Nachbearbeitung der Mantelfläche 16a der Nockenwelle 6, 7.
  • Der Ringspalt 28 erstreckt sich ausgehend von dem ersten Befestigungselement 14 entlang der gesamten Nockenwelle 6, 7 und überdeckt insbesondere mehrere Nockenwellelagerstellen 29. Im Bereich der Nockenwellenlagerstellen 29 sind jeweils mehrere Bohrungen 30 an der Nockenwelle 6, 7 ausgebildet, die einerseits mit dem Ringspalt 28 und andererseits mit der jeweiligen Nockenwellenlagerstelle 29 kommunizieren. Der Ringspalt 28 ist durch das zweite Befestigungselement 27 in axialer Richtung abgedichtet. Das erste Befestigungselement 14 weist an dessen Außenmantelfläche erste Druckmittelkanäle 31 in Form von sich in axialer Richtung erstreckenden Nuten auf (Figur 4), so dass der Ringspalt 28 mit einem Aufnahmebereich 13a des Hohlraums 16 kommuniziert, in dem die Zentralschraube 13 angeordnet ist.
  • Während des Betriebs der Brennkraftmaschine 1 wird Druckmittel, das von einer nicht dargestellten Druckmittelpumpe gefördert wird, über Bohrungen 30, die im Bereich der ersten Nockenwellenlagerstelle 29a an der Nockenwelle 6, 7 ausgebildet sind, dem Aufnahmebereich 13a zugeführt. Über die ersten Druckmittelkanäle 31, den Ringspalt 28 und die Bohrungen 30 gelangt das Druckmittel zu den Nockenwellenlagerstellen 29. Dabei verhindert das zweite Befestigungselement 27 den Austritt von Druckmittel an der der Phasenstelleinrichtung 12 abgewandten Seite der Nockenwelle 6, 7.
  • Gleichzeitig gelangt das Druckmittel über Schraubenöffnungen 32 in das Innere der hohl ausgeführten Zentralschraube 13. Innerhalb der Zentralschraube 13 gelangt das Druckmittel einerseits über ein in dem Inneren der Zentralschraube 13 angeordnetes, nicht dargestelltes, hydraulisches Wegeproportionalventil zu der Phasenstelleinrichtung 12. Derartige Wegeproportionalventile sind beispielsweise aus der DE 10 2005 052 481 A1 bekannt. Des Weiteren gelangt bei ausreichender Druckmittelversorgung der Phasenstelleinrichtung 12 überschüssiges Druckmittel über einen in der Zentralschraube 13 ausgebildeten zweite Druckmittelkanal 33 zu der vorratsraumseitigen Öffnung 22 des Gehäuses 19 des Volumenspeichers 18 und wird dem Vorratsraum 24 zugeführt. Dadurch wird der Kolben 20 gegen die Kraft des Federelements 21 verschoben, wodurch das Volumen des Vorratsraums 24 auf Kosten des Volumens des Komplementärraums 25 zunimmt. Übersteigt das von der Phasenstelleinrichtung 12 benötigte Druckmittelvolumen das von der Druckmittelpumpe geförderte Druckmittelvolumen, wird der Kolben 20 auf Grund der von dem Federelement 21 auf diesen ausgeübten Kraft in die entgegengesetzte Richtung verschoben und somit das in dem Volumenspeicher 18 gespeicherte Druckmittel über den zweiten Druckmittelkanal 33 der Phasenstelleinrichtung 12 zugeführt.
  • Somit erfolgt die Druckmittelversorgung der Phasenstelleinrichtung 12, des Volumenspeichers 18 und der Nockenwellenlagerstellen 29 über das Innere der Nockenwelle 6, 7, wobei keine zusätzlichen Bauteile benötigt werden. Eine gesonderte Druckmittelversorgung der Nockenwellenlagerstellen 29 ist nicht erforderlich.
  • Das zweite Befestigungselement 27 weist eine axial verlaufende, zentrale Durchgangsöffnung 34 auf, über die der Komplementärraum 25 mit dem Inneren der Brennkraftmaschine 1 kommuniziert. Somit kann Luft und Druckmittel aus dem Komplementärraum 25 entweichen.
    • Bezugszeichen
    • 1
    Brennkraftmaschine
    2
    Kurbelwelle
    3
    Kolben
    4
    Zylinder
    5
    Zugmitteltrieb
    6
    Einlassnockenwelle
    7
    Auslassnockenwelle
    8
    Nocken
    9
    Einlassgaswechselventil
    10
    Auslassgaswechselventil
    11
    Vorrichtung
    12
    Phasenstelleinrichtung
    13
    Zentralschraube
    13a
    Aufnahmebereich
    14
    erstes Befestigungselement
    15
    erstes Gewinde
    16
    Hohlraum
    16a
    Mantelfläche
    17
    zweites Gewinde
    18
    Volumenspeicher
    19
    Gehäuse
    20
    Trennelement / Kolben
    21
    Federelement
    22
    Öffnung
    23
    axiales Ende
    24
    Vorratsraum
    25
    Komplementärraum
    26
    Anlagefläche
    27
    zweites Befestigungselement
    28
    Ringspalt
    29
    Nockenwellenlagerstelle
    29a
    erste Nockenwellenlagerstelle
    30
    Bohrung
    31
    erster Druckmittelkanal
    32
    Schraubenöffnung
    33
    zweiter Druckmittelkanal
    34
    Durchgangsöffnung

Claims (7)

  1. Vorrichtung (11) zur variablen Einstellung der Steuerzeiten von Gaswechselventilen (9, 10) einer Brennkraftmaschine (1) mit
    - einer hydraulischen Phasenstelleinrichtung (12), einer Nockenwelle (6, 7), einem separat zur Nockenwelle (6, 7) ausgebildeten ersten Befestigungselement (14) und einer Zentralschraube (13),
    - wobei die Zentralschraube (13) die Phasenstelleinrichtung (12) durchgreift und
    - wobei ein Ende der Zentralschraube (13) an einer axialen Seitenfläche der Phasenstelleinrichtung (12) anliegt und an dem anderen Ende ein erstes Gewinde (15) ausgebildet ist,
    - wobei das Innere der Nockenwelle (6, 7) einen Hohlraum (16) aufweist, in dem das erste Befestigungselement (14) ortsfest aufgenommen ist,
    - wobei an dem ersten Befestigungselement (14) ein zweites Gewinde (17) ausgebildet ist, das mit dem ersten Gewinde (15) der Zentralschraube (13) derart zusammenwirkt, dass eine drehfeste Verbindung zwischen der Vorrichtung (11) und der Nockenwelle (6, 7) hergestellt wird,
    dadurch gekennzeichnet, dass in dem Hohlraum (16) ein Volumenspeicher (18) mit einem Gehäuse (19) angeordnet ist, wobei ein axiales Ende (23) des Gehäuses (19) an einer Anlagefläche (26) des ersten Befestigungselements (14) anliegt.
  2. Vorrichtung (11) nach Anspruch 1, dadurch gekennzeichnet, dass die Anlagefläche (26) in Richtung des Gehäuses (19) konisch ausgebildet ist.
  3. Vorrichtung (11) nach Anspruch 1, dadurch gekennzeichnet, dass das erste Befestigungselement (14) oder die Zentralschraube (13) einen in axialer Richtung verlaufenden Druckmittelkanal (31, 33) aufweist, der auf der der Phasenstelleinrichtung (12) abgewandten Seite des ersten Befestigungselements (14) in den Hohlraum (16) mündet.
  4. Vorrichtung (11) nach Anspruch 3, dadurch gekennzeichnet, dass der Druckmittelkanal (31, 33) als Bohrung (33) innerhalb der Zentralschraube (13) ausgebildet ist.
  5. Vorrichtung (11) nach Anspruch 3, dadurch gekennzeichnet, dass der Druckmittelkanal (31, 33) an einer Außenmantelfläche des ersten Befestigungselements (14) ausgebildet ist.
  6. Vorrichtung (11) nach Anspruch 3, dadurch gekennzeichnet, dass der Druckmittelkanal (31, 33) mit dem Volumenspeicher (16) kommuniziert.
  7. Vorrichtung (11) nach Anspruch 3, dadurch gekennzeichnet, dass der Druckmittelkanal (31, 33) mit einer Nockenwellenlagerstelle (29) kommuniziert.
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