EP3889400A1 - Nockenwellenversteller für eine doppelnockenwelle, nockenwellenanordnung und hydrauliksystem - Google Patents

Nockenwellenversteller für eine doppelnockenwelle, nockenwellenanordnung und hydrauliksystem Download PDF

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EP3889400A1
EP3889400A1 EP21162523.1A EP21162523A EP3889400A1 EP 3889400 A1 EP3889400 A1 EP 3889400A1 EP 21162523 A EP21162523 A EP 21162523A EP 3889400 A1 EP3889400 A1 EP 3889400A1
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EP
European Patent Office
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camshaft
rotor
stator
camshafts
hydraulic valve
Prior art date
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Withdrawn
Application number
EP21162523.1A
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English (en)
French (fr)
Inventor
Dietmar Schulze
André Seidenschwann
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Eco Holding 1 GmbH
Original Assignee
Eco Holding 1 GmbH
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Filing date
Publication date
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Definitions

  • the invention relates to a camshaft adjuster for a double camshaft according to the preamble of claim 1, a camshaft arrangement according to claim 10 and a hydraulic system according to claim 11.
  • Adjusting devices for adjusting camshafts in the form of camshaft adjusters are used in modern internal combustion engines to optimize consumption and performance values and are used to change the opening and closing times of gas exchange valves in order to be able to variably design a phase relationship between crankshaft and camshaft in a defined angular range.
  • the camshaft adjuster is integrated into a coupling device, via which torques are transmitted from the crankshaft to the camshaft.
  • the camshaft adjuster has a rotor and a stator which are arranged coaxially to one another, the stator encompassing the rotor in the radial direction.
  • both pressure chambers are permanently filled with hydraulic fluid, as a result of which the rotor and the stator are connected to one another in a relatively rigid manner.
  • the control times of the gas exchange valves are changed by the fact that the pressure in one of the pressure chambers is increased, while the pressure in the other pressure chamber is lowered.
  • the hydraulic fluid has to be fed to one pressure chamber and discharged from the other pressure chamber to a tank, as a result of which the angular position between the camshaft and the crankshaft changes.
  • the patent specification DE 10 2012 105 284 B4 discloses a camshaft adjuster for a double camshaft, the rotor of which is held in a specific angular position relative to the stator with the aid of a prestressing element in the form of a spiral spring.
  • the double camshaft has an inner camshaft which is at least partially encompassed by an outer camshaft.
  • the outer camshaft is non-rotatably connected to the stator and the inner camshaft is non-rotatably connected to the rotor.
  • a compensation element is provided so that misalignments and / or parallelism errors between the inner camshaft and the outer camshaft and the rotor can be compensated for due to tolerances.
  • frictional relative movements occur between the opposing components, which lead to increased wear and the formation of heat, whereby the service life of the camshaft adjuster with the double camshaft is limited.
  • the object of the invention is to provide a camshaft adjuster for a double camshaft which has an increased service life of the camshaft adjuster with the double camshaft compared to the prior art. Further objects are to provide an improved camshaft arrangement, which has a longer service life, and a preferred hydraulic system.
  • a camshaft adjuster for a double camshaft comprising a rotor and a stator.
  • the rotor can be rotated relative to the stator via a rotor axis of the rotor which is formed coaxially with a longitudinal axis of the stator.
  • a vane of the rotor is arranged so as to be positionable between two webs of the stator, with an intermediate space formed between the two webs being divided into two pressure chambers with the aid of the vane.
  • the double camshaft comprises a first camshaft in the form of a hollow cylinder and a second camshaft at least partially received in the first camshaft, the camshafts being rotatable relative to one another.
  • One of the two camshafts is non-rotatably connected to the rotor and the other of the two camshafts to the stator.
  • the rotor can be moved with the aid of pressures applied in the pressure chambers in order to rotate the double camshaft.
  • a hydraulic valve is arranged concentrically with the camshafts and the rotor in the axial direction between the second camshaft and the rotor.
  • the advantage of the invention can be seen in the position stabilization of the inner camshaft, which in this declaration is the second camshaft.
  • the inner camshaft is positioned axially adjacent the hydraulic valve.
  • the hydraulic valve could, for example, have a ring on its end face that faces the inner camshaft, which ring is designed complementary to the rotational movement of the camshaft in a groove engaging in the inner camshaft.
  • the hydraulic valve can also be used to secure the position of the first camshaft, which is the outer camshaft in the present declaration, at least radially.
  • the hydraulic valve is designed so that it can flow through with a camshaft bearing of the double camshaft.
  • the hydraulic fluid can thus be used from a lubricant system of an internal combustion engine to which the camshaft adjuster according to the invention and the double camshaft is assigned to flow through the camshaft adjuster, whereby a possibly second lubricant system in the form of a Hydraulic fluid system is no longer required and thus costs can be reduced by eliminating such a system in the structure of the camshaft adjuster.
  • a clutch which is designed in particular in the form of an Oldham clutch, is preferably arranged between the second camshaft and the hydraulic valve. In this way, offsets in the axial and radial directions and angular errors between the first and second camshafts can be compensated for in a simple manner
  • the hydraulic valve is designed to supply lubricant to the clutch and / or the double camshaft so that any friction that occurs between the components adjoining the clutch and the clutch itself, and thus wear and heat generation due to the friction, can be kept low during operation of the camshaft adjuster.
  • this means that the hydraulic valve is designed to convey lubricant or hydraulic fluid to the clutch and / or to the double camshaft.
  • the hydraulic valve has an opening through which a flow can flow on its end face which is designed to face the clutch.
  • hydraulic fluid which can be the lubricant of the internal combustion engine, can be supplied from the hydraulic valve via the opening of the clutch or can flow via the opening to the clutch.
  • the hydraulic valve usually consists of a hollow cylindrical bush which is designed to receive an axially movable piston in its cavity.
  • the cavity is designed in the form of a bore so that the socket is open at both ends.
  • the piston is inserted into the cavity and protrudes beyond the socket at one of the two ends for actuation via an actuator.
  • the other end is usually closed at least as far as possible with an end cover.
  • This cover can now be used for Lubricant supply of the coupling are introduced into the opening, it being designed in particular for inexpensive production in the form of a bore.
  • a coupling element of the coupling has a flow channel for through-flow.
  • the lubricant supplied to the clutch from the hydraulic valve can be further distributed in the clutch itself; in particular, the lubricant can be directed to a side of the clutch that faces away from the hydraulic valve and that is opposite the inner camshaft.
  • the sleeve-shaped movement gap through the inclusion of the inner camshaft in the outer camshaft is necessary to rotate the two camshafts against each other.
  • camshaft arrangement comprising a first camshaft and a second camshaft, the second camshaft being rotatably received in the first camshaft.
  • the camshafts can be rotated with the aid of a camshaft adjuster designed according to one of Claims 1 to 9.
  • the advantages of the camshaft arrangement according to the invention can be seen, in addition to a camshaft arrangement with reduced installation space, also in a cost-reduced camshaft arrangement, since the camshaft adjuster can be designed with reduced costs.
  • a third aspect of the invention relates to a hydraulic system which comprises a camshaft adjuster and a hydraulic valve that acts hydraulically on the camshaft adjuster, the hydraulic valve preferably being designed in the form of a central valve, which is also referred to as a central screw.
  • the single figure shows an example of a camshaft adjuster according to the invention in a longitudinal section.
  • a camshaft adjuster 10 according to the invention for a double camshaft 12 is constructed according to the figure.
  • the camshaft adjuster 10 forms a camshaft arrangement 14 with the double camshaft 12.
  • camshaft adjuster 10 With the camshaft adjuster 10, an angular position between a crankshaft of the internal combustion engine and the double camshaft 12 or one of two concentric camshafts of the double camshaft 12, a first camshaft 16 and a second camshaft 18 is changed during operation of an internal combustion engine (not shown in detail). By rotating the double camshaft 12, the opening and closing times of gas exchange valves of the internal combustion engine, so-called control times, are shifted so that the internal combustion engine can achieve its optimum performance at a respective corresponding speed.
  • the camshaft adjuster 10 enables a stepless adjustment of the double camshaft 12 relative to the crankshaft.
  • the first camshaft 16 is designed as a hollow cylinder and is designed to accommodate the second camshaft 18 in its cavity 20.
  • the second camshaft 18 is also designed in the shape of a hollow cylinder, but could also be solid be trained.
  • the two camshafts 16, 18 are arranged coaxially, wherein they can be rotated to a limited extent relative to one another about an axis of rotation 22. The relative rotation of the two camshafts 16, 18 to one another causes a phase shift of the intake and / or exhaust-side control times.
  • the camshaft adjuster 10 has a stator 24 with a longitudinal axis 26 and a rotor 28 with a rotor axis 30, the rotor 28 being rotatable relative to the stator 24 via the rotor axis 30, which is coaxial with the longitudinal axis 26.
  • the stator 24 is non-rotatably connected to an active element 32, which is designed to bring about a connection between the double camshaft 12 and the crankshaft, wherein the active element 32 can be designed, for example, in the form of a gear.
  • a so-called control chain is guided as a drive element via the gear wheel 32, so that the stator 24 is designed to be operatively connected to the crankshaft.
  • the active element 32 could also be a toothed belt pulley, over which a drive belt is guided as a drive element.
  • the stator 24, which is non-rotatably connected to the first camshaft 16, has webs 34 projecting radially inward.
  • a wing, not shown in detail, of the rotor 28 is arranged over the circumference between the webs 34 in each case.
  • the blades of the rotor 28 are attached to a rotor hub 36 which is connected to the second camshaft 18 in a rotationally fixed manner.
  • the rotor hub 36 is connected to a hydraulic valve 38 in the form of a so-called central valve.
  • a hydraulic system 40 comprising the camshaft adjuster 10 and the hydraulic valve 38 is thus embodied.
  • pressure chambers 42 which can be acted upon by hydraulic fluid and which are subdivided by the vanes into opposing pressure chambers 42, the hydraulic fluid acting on the pressure chambers 42 in a controlled manner with the aid of the hydraulic valve 38 via flow openings 44 formed in the rotor hub 36.
  • covers 46 are arranged on both sides of the stator 24 and rotor 28 to limit the pressure chambers 42 in the axial direction.
  • the pressure chambers 42 are continuously filled with hydraulic fluid so that the rotor 28 and the stator 24 are connected to one another in a relatively rigid manner.
  • the rotor 28 is rotated relative to the stator 24.
  • the pressure chambers 42 are loaded or unloaded by supplying hydraulic fluid and discharging hydraulic fluid into a tank (not shown in detail).
  • cams (not shown in greater detail) in the form of exhaust cams and cams 48 in the form of intake cams are assigned to the second camshaft 18. Since the second camshaft 18 is designed as an internal camshaft of the double camshaft 12, its cams 48 are designed to have a shaft receiving opening 50 for receiving the first camshaft 16, the first camshaft 16 being rotatable in the shaft receiving opening 50, of course. So that when the second camshaft 18 is rotated, the cam 48 is also directly involved in the rotation, the cam 48 is connected to the second camshaft 18 in a rotationally fixed manner with the aid of a bolt 52.
  • the cam 48 has a hollow cylindrical sleeve section 54 with a passage opening 56 into which the bolt 52 is inserted to establish the rotationally fixed connection with the second camshaft 18.
  • first camshaft 16 does not necessarily have its cams in the form of an exhaust cam or a number of exhaust cams according to the number of exhaust valves. It is therefore not essential for the second camshaft 18 to have its cams 48 in the form of the intake cam or a number of intake cams according to the number of intake valves.
  • first camshaft 16 could cams in In the form of intake cams for actuating the intake valves and the second camshaft 18 have their cams in the form of exhaust cams for actuating the exhaust valves.
  • the double camshaft 12 could also be designed for the actuation of only exhaust valves or only intake valves.
  • a prestressing element (not shown in more detail) is provided, with the aid of which the rotor 28 is rotated in its correct position relative to the stator 24.
  • the rotor 28 is designed to be pretensioned relative to the stator 24.
  • the correct position is fixed with the aid of a locking device, not shown in detail, which can be acted upon with the aid of the hydraulic valve 38 in order to release and bring about the fixing.
  • the hydraulic valve 38 which is designed to at least control the camshaft adjuster 10, has a hollow cylindrical bush 58 which is designed to be movable to receive a piston 60.
  • the piston 60 is designed for axial movement in the direction of the longitudinal axis 26 and is operatively connected to an actuator 62 via a punch 63. With the help of control edges 66 formed on its lateral surface 64, bushing openings 68 formed in the bushing 58 are opened or blocked for flow, the bushing openings 68 being connected to working connections A, B and at least one tank connection T and one supply connection P so that there is a flow through them.
  • the piston 60 is designed to be hollow for the flow through.
  • a cover 70 is formed, which serves to securely accommodate a restoring element 72 for pretensioning and positioning the piston 60.
  • a coupling 74 comprising a disk-shaped coupling element 76 is formed between the bush 58 and the second camshaft 18.
  • the coupling is designed in the form of an Oldham coupling and serves to eliminate, or at least a reduction, in particular of radial offsets, of the components to be connected, which in the present case are the second camshaft 18 and the bush 58.
  • the coupling 74 serves to compensate for wear and tear occurring during operation and manufacturing tolerances, which result in offsets in the radial direction, axial direction and angular direction.
  • a first end face 78 of the hydraulic valve 38 that faces the coupling element 76 is designed in the form of the Oldham coupling 74 to bring about a form-fit connection with the coupling element 76.
  • a second end face 80 of the second camshaft 18 that faces the coupling element 76 is designed in the form of the Oldham coupling 74 to produce a form-fit connection with the coupling element 76.
  • the coupling 74 for connecting the components is designed in the form of a tongue and groove connection.
  • connecting elements could be formed between the components 18, 58 and the coupling element 76, which serve for the form-fit connection.
  • the two camshafts 16, 18 are supplied with lubricant via a camshaft bearing 88 which is closest to the camshaft adjuster 10 and which is supplied with lubricant in the usual lubricant circuit of the internal combustion engine with the aid of a feed pump.
  • the first camshaft 16 has a lubricant opening 90 which penetrates it completely in the radial direction.
  • a lubricant supply is provided, the lubricant being supplied with the aid of the hydraulic valve 38.
  • the lubricant flowing in via the lubricant opening 90 flows through a socket supply opening 92 assigned to the supply connection P, which has a sieve 94 and a check valve 96, into an annular groove 98 formed on the piston 60.
  • the lubricant can be used as a hydraulic fluid.
  • the hydraulic fluid flows from the annular groove 98 according to the flow line provided with an arrow via an annular gap 100 formed between the piston 60 and the bush 58 into the hollow-cylindrical end cover 70, from there to the coupling element 76 into a through-flow cover opening 82 in the end cover 70 flow around and between the coupling element 76 and the first end face 78.
  • the hydraulic fluid can flow between the tongue-and-groove gaps customary for the Oldham coupling, as is shown by way of example by the flow line drawn in dashed lines.
  • the coupling element 76 has a flow channel 84 via which the hydraulic fluid can pass through the coupling element 76 between the second end face 80 and the coupling element 76.
  • the hydraulic fluid can also pass between the first camshaft 16 and the second camshaft 18, so that additional lubrication can be implemented. In this way, all of the opposing surfaces of the coupling element 76 and the hydraulic valve 38 as well as the second camshaft 18 can be supplied with lubricant, whereby the wear can be significantly reduced, since solid body friction is avoided or at least reduced.
  • the piston 60 is closed on its third end face 86 facing the restoring element 72, in the present exemplary embodiment with the aid of a cylinder 102.
  • a second lubricant opening 104 formed in the first camshaft 16 serves to drain off hydraulic fluid.

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Abstract

Die Erfindung betrifft einen Nockenwellenversteller für eine Doppelnockenwelle, wobei der Nockenwellenversteller (10) einen Rotor (28) und einen Stator (24) umfasst, und der Rotor (28) gegen den Stator (24) über eine Rotorachse (30) des Rotors (28), welche koaxial mit einer Längsachse (26) des Stators (24) ausgebildet ist, verdrehbar ist, und wobei zwischen zwei Stegen (34) des Stators (24) ein Flügel des Rotors (28) positionierbar angeordnet ist, wobei mit Hilfe des Flügels ein zwischen den beiden Stegen (34) ausgebildeter Zwischenraum in zwei Druckkammern (42) geteilt ist, und wobei die Doppelnockenwelle (12) eine in Form eines Hohlzylinders ausgebildete erste Nockenwelle (16) und eine in der ersten Nockenwelle (16) zumindest teilweise aufgenommene zweite Nockenwelle (18) umfasst, wobei die Nockenwellen (16, 18) relativ zueinander verdrehbar sind, und wobei eine der beiden Nockenwellen (16; 18) mit dem Rotor (28) und eine der beiden Nockenwellen (18; 16) mit dem Stator (24) drehfest verbunden ist, und wobei der Rotor (28) mit Hilfe von in den Druckkammern (42) anliegenden Drücken bewegbar ist zur Verdrehung der Nockenwellen (16, 18). Erfindungsgemäß ist ein Hydraulikventil (38) konzentrisch mit den Nockenwellen (16, 18) und dem Rotor (28) in axialer Richtung zwischen der zweiten Nockenwelle (16) und dem Rotor (28) angeordnet. Des Weiteren betrifft die Erfindung eine Nockenwellenanordnung und ein Hydrauliksystem.

Description

    Technisches Gebiet
  • Die Erfindung betrifft einen Nockenwellenversteller für eine Doppelnockenwelle gemäß dem Oberbegriff des Patentanspruchs 1, eine Nockenwellenanordnung gemäß Patentanspruch 10 und ein Hydrauliksystem gemäß Patentanspruch 11.
    • Stand der Technik
  • Verstellvorrichtungen zur Verstellung von Nockenwellen in Form von Nockenwellenversteller werden in modernen Verbrennungskraftmaschinen zur Optimierung von Verbrauchs- und Leistungswerten eingesetzt und dienen dazu, Öffnungs- und Schließzeitpunkte von Gaswechselventilen zu verändern, um eine Phasenrelation zwischen Kurbelwelle und Nockenwelle in einem definierten Winkelbereich variabel gestalten zu können. Zu diesem Zweck ist der Nockenwellenversteller in eine Kopplungseinrichtung integriert aufgenommen, über die Drehmomente von der Kurbelwelle auf die Nockenwelle übertragen werden. Der Nockenwellenversteller weist einen Rotor und einen Stator auf, die koaxial zueinander angeordnet sind, wobei der Stator den Rotor in radialer Richtung umfasst. Zwischen dem Rotor und dem Stator sind mit einem Hydraulikfluid beaufschlagbare Kammern vorgesehen, welche mit Hilfe dem Rotor zugeordneten Rotorstege in gegeneinander wirkende Druckräume unterteilt sind. Während des Betriebes der Verbrennungskraftmaschine sind beide Druckräume permanent mit Hydraulikfluid gefühlt, wodurch der Rotor und der Stator relativ steif miteinander verbunden sind. Die Steuerzeiten der Gaswechselventile werden dadurch verändert, dass der Druck in einem der Druckräume erhöht wird, während der Druck in dem jeweils anderen Druckraum gesenkt wird. Das Hydraulikfluid muss dazu dem einen Druckraum zugeführt und aus dem anderen Druckraum zu einem Tank hin abgeführt werden, wodurch sich die Winkellage zwischen der Nockenwelle und der Kurbelwelle ändert.
  • Die Patentschrift DE 10 2012 105 284 B4 offenbart einen Nockenwellenversteller für eine Doppelnockenwelle, dessen Rotor mit Hilfe eines Vorspannelementes in Form einer Spiralfeder relativ zum Stator in einer bestimmten Winkelstellung gehalten wird. Die Doppelnockenwelle weist eine innere Nockenwelle auf, welche von einer äußeren Nockenwelle zumindest teilweise umfasst ist. Die äußere Nockenwelle ist drehfest mit dem Stator und die innere Nockenwelle ist drehfest mit dem Rotor verbunden. Damit toleranzbedingte Versätze und/oder Parallelitätsfehler zwischen der inneren Nockenwelle und der äußeren Nockenwelle sowie dem Rotor ausgeglichen werden können, ist ein Ausgleichselement vorgesehen. Hierbei treten reibungsbehaftete Relativbewegungen zwischen den einander gegenüberliegenden Bauteilen auf, die zu einem erhöhten Verschleiß und zur Wärmebildung führen, wodurch die Lebensdauer des Nockenwellenverstellers mit der Doppelnockenwelle begrenzt ist.
    • Offenbarung der Erfindung
  • Die Aufgabe der Erfindung ist es, einen Nockenwellenversteller für eine Doppelnockenwelle bereitzustellen, welcher eine gegenüber dem Stand der Technik erhöhte Lebensdauer des Nockenwellenverstellers mit der Doppelnockenwelle aufweist. Weitere Aufgaben sind die Angabe einer verbesserten, da eine verlängerte Lebensdauer aufweisende Nockenwellenanordnung und eines bevorzugten Hydrauliksystems.
  • Die vorstehend genannte Aufgabe wird mit den Merkmalen des Patentanspruchs 1 gelöst. Die weiteren Aufgaben werden mit den Merkmalen der Patentansprüche 10 und 11 gelöst. Günstige Ausgestaltungen und Vorteile der Erfindung ergeben sich aus den weiteren Ansprüchen, der Beschreibung und der Zeichnung.
  • Es wird ein Nockenwellenversteller für eine Doppelnockenwelle vorgeschlagen, wobei der Nockenwellenversteller einen Rotor und einen Stator umfasst. Der Rotor ist gegen den Stator über eine Rotorachse des Rotors, welche koaxial mit einer Längsachse des Stators ausgebildet ist, verdrehbar. Zwischen zwei Stegen des Stators ist ein Flügel des Rotors positionierbar angeordnet, wobei mit Hilfe des Flügels ein zwischen den beiden Stegen ausgebildeter Zwischenraum in zwei Druckkammern geteilt ist. Die Doppelnockenwelle umfasst eine in Form eines Hohlzylinders ausgebildete erste Nockenwelle und eine in der ersten Nockenwelle zumindest teilweise aufgenommene zweite Nockenwelle, wobei die Nockenwellen relativ zueinander verdrehbar sind. Die eine der beiden Nockenwellen ist mit dem Rotor und die andere der beiden Nockenwellen mit dem Stator drehfest verbunden. Der Rotor ist mit Hilfe von in den Druckkammern anliegenden Drücken bewegbar zur Verdrehung der Doppelnockenwelle. Erfindungsgemäß ist ein Hydraulikventil konzentrisch mit den Nockenwellen und dem Rotor in axialer Richtung zwischen der zweiten Nockenwelle und dem Rotor angeordnet. Der Vorteil der Erfindung ist in einer Positionsstabilisierung der inneren Nockenwelle, welche in dieser Deklaration die zweite Nockenwelle ist, zu sehen. Die innere Nockenwelle ist an das Hydraulikventil axial angrenzend positioniert. Zur gesicherten Positionierung könnte das Hydraulikventil bspw. an seiner der inneren Nockenwelle zugewandt ausgebildeten Stirnseite einen Ring aufweisen, welcher zur Drehbewegung der Nockenwelle komplementär in eine in der inneren Nockenwelle eingreifenden Nut ausgebildet ist.
  • Sofern das Hydraulikventil in der ersten Nockenwelle angeordnet ist, kann das Hydraulikventil ebenfalls zur zumindest radialen Positionssicherung der ersten Nockenwelle, welche in der vorliegenden Deklaration die äußere Nockenwelle ist, herangezogen werden.
  • In einer weiteren Ausgestaltung der Erfindung ist das Hydraulikventil durchströmbar mit einem Nockenwellenlager der Doppelnockenwelle ausgebildet. Vorteilhaft kann somit aus einem Schmiermittelsystem einer Verbrennungskraftmaschine, welcher der erfindungsgemäße Nockenwellenversteller und die Doppelnockenwelle zugeordnet ist, das Hydraulikfluid zur Durchströmung des Nockenwellenverstellers herangezogen werden, wodurch ein möglicherweise zweites Schmiermittelsystem in Form eines Hydraulikfluidsystems nicht mehr benötigt wird und sich somit Kosten durch Wegfall eines derartigen Systems im Aufbau des Nockenwellenverstellers reduzieren lassen.
  • Bevorzugt ist zwischen der zweiten Nockenwelle und dem Hydraulikventil eine Kupplung angeordnet, welche insbesondere in Form einer Oldham-Kupplung ausgebildet ist. Hierdurch lassen sich auf einfache Weise Versätze in axialer und in radialer Richtung sowie Winkelfehler zwischen erster und zweiter Nockenwelle lassen sich kompensieren
  • Damit eine im Betrieb des Nockenwellenverstellers zwischen den an die Kupplung angrenzenden Bauteilen und der Kupplung selbst eine auftretende Reibung und somit ein Verschleiß und eine Wärmeentwicklung aufgrund der Reibung gering gehalten werden kann, ist das Hydraulikventil zur Schmiermittelversorgung der Kupplung und/oder der Doppelnockenwelle ausgebildet. Das heißt mit anderen Worten, dass das Hydraulikventil zur Weiterleitung von Schmiermittel bzw. Hydraulikfluid an die Kupplung und/oder an die Doppelnockenwelle ausgebildet ist.
  • In einer weiteren Ausgestaltung weist zur Weiterleitung das Hydraulikventil an seiner der Kupplung zugewandt ausgebildeten Stirnseite eine durchströmbare Öffnung auf. So kann aus dem Hydraulikventil Hydraulikfluid, welches das Schmiermittel der Verbrennungskraftmaschine sein kann, über die Öffnung der Kupplung zugeführt werden, bzw. über die Öffnung zur Kupplung strömen.
  • Damit die Öffnung auf einfache Weise hergestellt werden kann, ist die Öffnung in einem Abschlussdeckel des Hydraulikventils ausgebildet. Üblicherweise besteht das Hydraulikventil aus einer hohlzylindrischen Buchse, welche einen axial bewegbaren Kolben in ihrem Hohlraum aufnehmend ausgebildet ist. Zur einfachen Herstellung der Buchse ist der Hohlraum in Form einer Bohrung ausgeführt, so dass die Buchse an ihren beiden Enden geöffnet ist. Der Kolben wird in den Hohlraum eingeführt und ragt zur Betätigung über einen Aktuator an einem der beiden Enden über die Buchse hinaus. Das andere Ende wird üblicherweise mit einem Abschlussdeckel zumindest weitestgehend geschlossen. In diesen Abschlussdeckel kann nun zur Schmiermittelversorgung der Kupplung die Öffnung eingebracht werden, wobei sie insbesondere zur kostengünstigen Herstellung in Form einer Bohrung ausgebildet ist.
  • In einer weiteren Ausgestaltung des erfindungsgemäßen Nockenwellenverstellers weist ein Kupplungselement der Kupplung einen Strömungskanal zur Durchströmung auf. Somit kann das aus dem Hydraulikventil der Kupplung zugeführte Schmiermittel in der Kupplung selbst weiter verteilt werden, insbesondere kann das Schmiermittel auf eine von dem Hydraulikventil abgewandt ausgebildete Seite der Kupplung geleitet werden, welche der inneren Nockenwelle gegenüberliegend ausgebildet ist. Somit besteht, neben der Möglichkeit die einander berührenden Flächen der inneren Nockenwelle und der Kupplung mit Schmiermittel zu versorgen, auch die Möglichkeit über die innere Nockenwelle einen zwischen der inneren Nockenwelle und der äußeren Nockenwelle, ausgebildeter Bewegungsspalt mit Schmiermittel zu versorgen, wobei der hülsenförmige Bewegungsspalt durch die Aufnahme der inneren Nockenwelle in der äußeren Nockenwelle zur Verdrehung der beiden Nockenwellen gegeneinander notwendig ist.
  • Ein weiterer Aspekt der Erfindung betrifft eine Nockenwellenanordnung, umfassend eine erste Nockenwelle und eine zweite Nockenwelle, wobei die zweite Nockenwelle in der ersten Nockenwelle verdrehbar aufgenommen ist. Die Nockenwellen sind mit Hilfe eines gemäß einem der Ansprüche 1 bis 9 ausgebildeten Nockenwellenverstellers verdrehbar. Die Vorteile der erfindungsgemäßen Nockenwellenanordnung sind neben einer bauraumreduzierten Nockenwellenanordnung auch in einer kostenreduzierten Nockenwellenanordnung zu sehen, da der Nockenwellenversteller kostenreduziert ausgebildet werden kann.
  • Ein dritter Aspekt der Erfindung betrifft ein Hydrauliksystem, welches einen Nockenwellenversteller und ein den Nockenwellenversteller hydraulische beaufschlagendes Hydraulikventil umfasst, wobei das Hydraulikventil bevorzugt in Form eines Zentralventils, welches auch als Zentralschraube bezeichnet wird, ausgebildet ist.
    • Kurze Beschreibung der Zeichnungen
  • Weitere Vorteile ergeben sich aus der folgenden Zeichnungsbeschreibung. In den Zeichnungen sind Ausführungsbeispiele der Erfindung dargestellt. Die Zeichnungen, die Beschreibung und die Ansprüche enthalten zahlreiche Merkmale in Kombination. Der Fachmann wird die Merkmale zweckmäßigerweise auch einzeln betrachten und zu sinnvollen weiteren Kombinationen zusammenfassen.
  • Die einzige Figur zeigt beispielhaft in einem Längsschnitt einen erfindungsgemäßen Nockenwellenversteller.
    • Ausführungsformen der Erfindung
  • Die Figur zeigt lediglich ein Ausführungsbeispiel und ist nicht beschränkend zu verstehen.
  • Ein erfindungsgemäßer Nockenwellenversteller 10 für eine Doppelnockenwelle 12 ist gemäß der Figur aufgebaut. Der Nockenwellenversteller 10 bildet mit der Doppelnockenwelle 12 eine Nockenwellenanordnung 14.
  • Mit dem Nockenwellenversteller 10 wird während eines Betriebes einer nicht näher dargestellten Verbrennungskraftmaschine eine Winkellage zwischen einer Kurbelwelle der Verbrennungskraftmaschine und der Doppelnockenwelle 12 bzw. einer von zwei konzentrischen Nockenwellen der Doppelnockenwelle 12, einer ersten Nockenwelle 16 und einer zweiten Nockenwelle 18, verändert. Durch Verdrehen der Doppelnockenwelle 12 werden Öffnungs- und Schließzeitpunkte von Gaswechselventilen der Verbrennungskraftmaschine, so genannte Steuerzeiten, so verschoben, dass die Verbrennungskraftmaschine bei einer jeweils entsprechenden Drehzahl ihre optimale Leistung erbringen kann. Der Nockenwellenversteller 10 ermöglicht eine stufenlose Verstellung der Doppelnockenwelle 12 relativ zur Kurbelwelle.
  • Die erste Nockenwelle 16 ist hohlzylinderförmig ausgeführt und ist die zweite Nockenwelle 18 in ihrem Hohlraum 20 aufnehmend ausgebildet. Die zweite Nockenwelle 18 ist ebenso hohlzylinderförmig ausgeführt, könnte jedoch auch massiv ausgebildet sein. Die beiden Nockenwellen 16, 18 sind koaxial angeordnet, wobei sie relativ zueinander um eine Rotationsachse 22 begrenzt verdrehbar sind. Die relative Verdrehung der beiden Nockenwellen 16, 18 zueinander bewirkt eine Phasenverschiebung der einlass- und/oder auslassseitigen Steuerzeiten.
  • Der Nockenwellenversteller 10 besitzt einen Stator 24 mit einer Längsachse 26 und einen Rotor 28 mit einer Rotorachse 30, wobei der Rotor 28 gegen den Stator 24 über die Rotorachse 30, welche koaxial mit der Längsachse 26 ausgebildet ist, verdrehbar ist.
  • Der Stator 24 ist drehfest mit einem Wirkelement 32 verbunden, welches eine Verbindung zwischen der Doppelnockenwelle 12 und der Kurbelwelle herbeiführend ausgestaltet ist, wobei das Wirkelement 32 beispielsweise in Form eines Zahnrades ausgebildet sein kann. Über das Zahnrad 32 ist eine so genannte Steuerkette als Antriebselement geführt, so dass der Stator 24 mit der Kurbelwelle wirkverbunden ausgebildet ist. Ebenso könnte das Wirkelement 32 auch ein Zahnriemenrad sein, über das ein Antriebsriemen als Antriebselement geführt wird.
  • Der Stator 24, welcher drehfest mit der ersten Nockenwelle 16 verbunden ist, weist radial nach Innen ragende Stege 34 auf. Über den Umfang ist jeweils zwischen den Stegen 34 ein nicht näher gezeigter Flügel des Rotors 28 angeordnet. Die Flügel des Rotors 28 sind auf einer Rotornabe 36 angebracht, die drehfest mit der zweiten Nockenwelle 18 verbunden ist. Dazu ist die Rotornabe 36 mit einem Hydraulikventil 38 in Form eines so genannten Zentralventils verbunden. So ist ein Hydrauliksystem 40 umfassend den Nockenwellenversteller 10 und das Hydraulikventil 38 ausgebildet.
  • Zwischen dem Rotor 28 und dem Stator 24 liegen mit einem Hydraulikfluid beaufschlagbare Druckkammern 42, die durch die Flügel in gegeneinander wirkende Druckkammern 42 unterteilt sind, wobei das Hydraulikfluid mit Hilfe des Hydraulikventils 38 die Druckkammern 42 über in der Rotornabe 36 ausgebildete Durchströmöffnungen 44 geregelt beaufschlagt. Zur Ausbildung der gegenüber der Umgebung druckdichten Druckkammern 42 sind beidseits des Stators 24 und Rotors 28 Deckel 46 die Druckkammern 42 in axialer Richtung begrenzend angeordnet.
  • Im Betrieb der Verbrennungskraftmaschine sind die Druckkammern 42 kontinuierlich mit Hydraulikfluid gefüllt, damit der Rotor 28 und der Stator 24 relativ steif miteinander verbunden sind. Um die Winkellage zwischen der Doppelnockenwelle 12 und der Kurbelwelle zu verändern, wird der Rotor 28 relativ zum Stator 24 verdreht. Hierzu werden in Abhängigkeit einer gewünschten Drehrichtung die Druckkammern 42 durch Zufuhr von Hydraulikfluid sowie durch Abfuhr von Hydraulikfluid in einen nicht näher dargestellten Tank be- bzw. entlastet.
  • Im vorliegenden Ausführungsbeispiel sind der ersten Nockenwelle 16 nicht näher dargestellte Nocken in Form von Auslassnocken und der zweiten Nockenwelle 18 Nocken 48 in Form von Einlassnocken zugeordnet. Da die zweite Nockenwelle 18 als innenliegende Nockenwelle der Doppelnockenwelle 12 gestaltet ist, sind ihre Nocken 48 eine Wellenaufnahmeöffnung 50 zur Aufnahme der ersten Nockenwelle 16 aufweisend ausgeführt, wobei selbstredend die erste Nockenwelle 16 in der Wellenaufnahmeöffnung 50 verdrehbar ist. Damit bei einer Verdrehung der zweiten Nockenwelle 18 der Nocken 48 die Verdrehung unmittelbar mitausführend ist, ist der Nocken 48 mit Hilfe eines Bolzens 52 mit der zweiten Nockenwelle 18 drehfest verbunden.
  • Damit eine ungehinderte Beaufschlagung des vom Nocken 48 betätigten Gaswechselventils in Form eines Einlassventils erfolgen kann, weist der Nocken 48 einen hohlzylindrischen Hülsenabschnitt 54 mit einer Durchtrittsöffnung 56 auf, in die der Bolzen 52 zur Herbeiführung der drehfesten Verbindung mit der zweiten Nockenwelle 18 hineingesteckt wird. Das heißt mit anderen Worten, dass der Bolzen 52 sowohl mit dem Hülsenabschnitt 54, und somit mit dem Nocken 48, als auch mit der zweiten Nockenwelle 18 fest verbunden ist.
  • Es ist selbstredend, dass nicht zwingend die erste Nockenwelle 16 ihre Nocken in Form eines Auslassnockens bzw. eine gemäß der Anzahl Auslassventile Anzahl Auslassnocken aufweist. Somit ist es nicht zwingend, dass die zweite Nockenwelle 18 ihre Nocken 48 in Form des Einlassnockes bzw. eine gemäß der Anzahl Einlassventile Anzahl Einlassnocken aufweist. Ebenso könnte die erste Nockenwelle 16 Nocken in Form von Einlassnocken zur Betätigung der Einlassventile und die zweite Nockenwelle 18 ihre Nocken in Form von Auslassnocken zur Betätigung der Auslassventile aufweisen. Auch könnte die Doppelnockenwelle 12 zur Betätigung von nur Auslassventilen oder nur Einlassventilen ausgestaltet sein.
  • Zur Realisierung einer beim Start der Verbrennungskraftmaschine notwendigen relativen Position zwischen dem Stator 24 und dem Rotor 28 ist ein nicht näher dargestelltes Vorspannelement vorgesehen, mit dessen Hilfe der Rotor 28 in seiner relativ zum Stator 24 korrekten Position gedreht wird. Das heißt mit anderen Worten, dass der Rotor 28 relativ zum Stator 24 vorgespannt ausgebildet ist. Eine Fixierung der korrekten Position wird mit Hilfe einer nicht näher dargestellten Verriegelungseinrichtung realisiert, welche mit Hilfe des Hydraulikventils 38 beaufschlagbar zum Lösen und Herbeiführen der Fixierung ist.
  • Das Hydraulikventil 38, welches zur zumindest Steuerung des Nockenwellenverstellers 10 ausgebildet ist, weist eine hohlzylinderförmige Buchse 58 auf, welche einen Kolben 60 bewegbar aufnehmend ausgebildet ist. Der Kolben 60 ist zur axialen Bewegung in Richtung der Längsachse 26 ausgebildet, und ist mit einem Aktuator 62 über einen Stempel 63 wirkverbunden. Mit Hilfe von an seiner Mantelfläche 64 ausgebildeten Steuerkanten 66 werden in der Buchse 58 ausgebildete Buchsendurchtritte 68 zur Durchströmung geöffnet oder gesperrt, wobei die Buchsendurchtritte 68 mit Arbeitsanschlüssen A, B und zumindest einem Tankanschluss T und einem Versorgungsanschluss P durchströmbar verbunden sind. Zur Durchströmung ist der Kolben 60 hohl ausgeführt.
  • Am vom Stempel 63 abgewandten Ende der Buchse 58 ist ein Abschlussdeckel 70 ausgebildet, welcher einer gesicherten Aufnahme eines Rückstellelementes 72 zur Vorspannung und Positionierung des Kolbens 60 dient.
  • Zwischen der Buchse 58 und der zweiten Nockenwelle 18 ist eine Kupplung 74 umfassend ein scheibenförmiges Kupplungselement 76 ausgebildet. Die Kupplung ist in Form einer Oldham-Kupplung ausgeführt und dient der Eliminierung, oder zumindest einer Reduzierung, von insbesondere radialen Versätzen der zu verbindenden Bauteile, welche im vorliegenden Fall die zweite Nockenwelle 18 und die Buchse 58 sind.
  • An dieser Stelle sei erwähnt, dass die Kupplung 74 einer Kompensation eines im Betrieb entstehenden Verschleißes und fertigungstechnischer Toleranzen dient, woraus Versätze in radialer Richtung, axialer Richtung und Winkelrichtung resultieren.
  • Eine dem Kupplungselement 76 zugewandt ausgebildete erste Stirnseite 78 des Hydraulikventils 38 ist zur Herbeiführung einer Formschlussverbindung mit dem Kupplungselement 76 in Form der Oldham-Kupplung 74 ausgestaltet. Ebenso ist eine dem Kupplungselement 76 zugewandt ausgebildete zweite Stirnseite 80 der zweiten Nockenwelle 18 zur Herbeiführung einer Formschlussverbindung mit dem Kupplungselement 76 in Form der Oldham-Kupplung 74 ausgestaltet. Im vorliegenden Ausführungsbeispiel ist die Kupplung 74 zur Verbindung der Bauteile in Form einer Nut-Feder-Verbindung ausgeführt. Ebenso könnte zwischen den Bauteilen 18, 58 und dem Kupplungselement 76 Verbindungselemente ausgebildet sein, welche der Formschlussverbindung dienen.
  • Eine Schmiermittelversorgung der beiden Nockenwellen 16, 18 erfolgt über ein dem Nockenwellenversteller 10 nächstliegendes Nockenwellenlager 88, welches im üblichen Schmiermittelkreislauf der Verbrennungskraftmaschine mit Hilfe einer Förderpumpe mit Schmiermittel versorgt wird. Hierzu weist die erste Nockenwelle 16 eine sie in radialer Richtung vollständig durchdringende Schmiermittelöffnung 90 auf.
  • Zur Reduzierung eines Verschleißes der Kupplung 70 ist eine Schmiermittelversorgung vorgesehen, wobei die Schmiermittelversorgung mit Hilfe des Hydraulikventils 38 erfolgt. Das über die Schmiermittelöffnung 90 einströmende Schmiermittel strömt über eine dem Versorgungsanschluss P zugeordnete Buchsenversorgungsöffnung 92, welche ein Sieb 94 und ein Rückschlagventil 96 aufweist, in eine am Kolben 60 ausgebildete Ringnut 98. Mit Hilfe des Siebes 94, welches zum Auffangen von Partikel im Schmiermittel ausgebildet ist, kann das Schmiermittel als Hydraulikfluid herangezogen werden.
  • Aus der Ringnut 98 strömt das Hydraulikfluid gemäß der mit einem Pfeil versehenen Strömungslinie über einen zwischen dem Kolben 60 und der Buchse 58 ausgebildeten Ringspalt 100 in den hohlzylindrisch ausgebildeten Abschlussdeckel 70, um von dort in eine im Abschlussdeckel 70 ausgebildete durchströmbare Deckelöffnung 82 das Kupplungselement 76 zu umströmen und zwischen das Kupplungselement 76 und die erste Stirnseite 78 zu fließen. Ebenso kann das Hydraulikfluid zwischen für die Oldham-Kupplung üblichen Feder-Nut-Spalte strömen, wie durch die gestrichelt eingezeichnete Strömungslinie beispielhaft abgebildet ist.
  • Das Kupplungselement 76 weist einen Strömungskanal 84 auf, über den das Hydraulikfluid durch das Kupplungselement 76 zwischen die zweite Stirnseite 80 und das Kupplungselement 76 gelangen kann. Ebenso kann das Hydraulikfluid zwischen die erste Nockenwelle 16 und die zweite Nockenwelle 18 gelangen, so dass eine zusätzliche Schmierung ausgebildet werden kann. So können sämtlich einander gegenüberliegende Flächen des Kupplungselementes 76 und des Hydraulikventils 38 sowie der zweiten Nockenwelle 18 mit Schmiermittel versorgt werden, wodurch der Verschleiß wesentlich reduziert werden kann, da eine Festkörperreibung vermieden oder zumindest verringert ist.
  • Damit das über die Deckelöffnung 82 strömende Hydraulikfluid eine Verstellung des Nockenwellenverstellers 10 nicht beeinträchtigt, ist der Kolben 60 an seiner dem Rückstellelement 72 zugewandten dritten Stirnseite 86 geschlossen, im vorliegenden Ausführungsbeispiel mit Hilfe eines Zylinders 102. Eine in der ersten Nockenwelle 16 ausgebildete zweite Schmiermittelöffnung 104 dient einem Abfließen von Hydraulikfluid.

Claims (11)

  1. Nockenwellenversteller für eine Doppelnockenwelle, wobei der Nockenwellenversteller (10) einen Rotor (28) und einen Stator (24) umfasst, und der Rotor (28) gegen den Stator (24) über eine Rotorachse (30) des Rotors (28), welche koaxial mit einer Längsachse (26) des Stators (24) ausgebildet ist, verdrehbar ist, und wobei zwischen zwei Stegen (34) des Stators (24) ein Flügel des Rotors (28) positionierbar angeordnet ist, wobei mit Hilfe des Flügels ein zwischen den beiden Stegen (34) ausgebildeter Zwischenraum in zwei Druckkammern (42) geteilt ist, und wobei die Doppelnockenwelle (12) eine in Form eines Hohlzylinders ausgebildete erste Nockenwelle (16) und eine in der ersten Nockenwelle (16) zumindest teilweise aufgenommene zweite Nockenwelle (18) umfasst, wobei die Nockenwellen (16, 18) relativ zueinander verdrehbar sind, und wobei eine der beiden Nockenwellen (16; 18) mit dem Rotor (28) und eine der beiden Nockenwellen (18; 16) mit dem Stator (24) drehfest verbunden ist, und wobei der Rotor (28) mit Hilfe von in den Druckkammern (42) anliegenden Drücken bewegbar ist zur Verdrehung der Nockenwellen (16, 18),
    dadurch gekennzeichnet, dass
    ein Hydraulikventil (38) konzentrisch mit den Nockenwellen (16, 18) und dem Rotor (28) in axialer Richtung zwischen der zweiten Nockenwelle (16) und dem Rotor (28) angeordnet ist.
  2. Nockenwellenversteller nach Anspruch 1,
    dadurch gekennzeichnet, dass
    das Hydraulikventil (38) in der ersten Nockenwelle (16) angeordnet ist.
  3. Nockenwellenversteller nach Anspruch 1 oder 2,
    dadurch gekennzeichnet, dass
    das Hydraulikventil (38) durchströmbar mit einem Nockenwellenlager (88) der Doppelnockenwelle (12) ausgebildet ist.
  4. Nockenwellenversteller nach einem der vorhergehenden Ansprüche,
    dadurch gekennzeichnet, dass
    zwischen der zweiten Nockenwelle (18) und dem Hydraulikventil (38) eine Kupplung (74) angeordnet ist.
  5. Nockenwellenversteller nach Anspruch 4,
    dadurch gekennzeichnet, dass
    das Hydraulikventil (38) zur Schmiermittelversorgung der Kupplung (74) und/oder der Doppelnockenwelle (12) ausgebildet ist.
  6. Nockenwellenversteller nach Anspruch 5,
    dadurch gekennzeichnet, dass
    das Hydraulikventil (38) an seiner der Kupplung (74) zugewandt ausgebildeten Stirnseite (78) eine durchströmbare Öffnung (82) aufweist.
  7. Nockenwellenversteller nach Anspruch 6,
    dadurch gekennzeichnet, dass
    die Öffnung (82) in einem Abschlussdeckel (70) des Hydraulikventils (38) ausgebildet ist.
  8. Nockenwellenversteller nach Anspruch 7,
    dadurch gekennzeichnet, dass
    die Öffnung (82) in Form einer Bohrung ausgebildet ist.
  9. Nockenwellenversteller nach einem der Ansprüche 4 bis 8,
    dadurch gekennzeichnet, dass
    ein Kupplungselement (76) der Kupplung (74) einen Strömungskanal (84) zur Durchströmung aufweist.
  10. Nockenwellenanordnung, umfassend eine erste Nockenwelle (16) und eine zweite Nockenwelle (18), wobei die zweite Nockenwelle (18) in der ersten Nockenwelle (16) verdrehbar aufgenommen ist, und wobei die Nockenwellen (16, 18) mit Hilfe eines gemäß einem der Ansprüche 1 bis 9 ausgebildeten Nockenwellenverstellers (14) verdrehbar sind.
  11. Hydrauliksystem, umfassend einen Nockenwellenversteller nach einem der Ansprüche 1 bis 9, aufweisend ein Hydraulikventil (38) in Form eines Zentralventils.
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