Nockenwellenversteller
Die Erfindung betrifft einen Nockenwellenversteller nach dem Oberbegriff des Anspruchs 1.
Nockenwellenversteller werden bei ventilgesteuerten Brennkraftmaschinen eingesetzt, um die Drehwinkellage der Nockenwelle gegenüber der Kurbelwelle zu verändern. Dadurch werden die Öffnungszeiten der Gaswechselventile relativ zum oberen Totpunkt eines Kolbens in Richtung früh oder spät verstellt, um den LadungsWechsel der Brennräume bzw. Zylinder in Abhängigkeit vom jeweiligen Betriebspunkt der Brennkraftmaschine zu optimieren.
Aus der DE 196 23 818 AI ist ein Nockenwellenversteller bekannt, der ein Flügelrad besitzt. Dieses ist drehfest mit der Nockenwelle verbunden und begrenzt drehbar in einem Antriebsteil gelagert, das in der Regel über einen Zahnriemen von der Kurbelwelle der Brennkraftmaschine angetrieben wird. Das Flügelrad greift mit seinen Flügeln in Zwischenräume des Antriebsteils, die von radial nach innen weisenden Vorsprüngen gebildet werden. Die Vorsprünge begrenzen den maximalen Drehwinkel, um den das Flügelrad relativ zum Antriebsteil verdreht werden kann. Zwischen den Flügeln und den Vorsprüngen werden hydraulische Druckkammern gebildet, die über ein Steuerventil angesteuert werden, so dass sich die relative Lage des Flügelrads zum Antriebsteil aus den
Druckverhältnissen der Druckkammern ergibt, die in Umfangsrichtung zu beiden Seiten eines Flügels liegen. In den Betriebspausen der Brennkraftmaschine wird das Flügelrad durch Federn in eine der beiden Endlagen verstellt und durch einen Verriegelungsbolzen verriegelt, der entweder im Flügelrad oder im Antriebsteil axial verschiebbar gelagert ist und in eine Verriegelungsbohrung des jeweils anderen Teils eingreift. In der verriegelten Endlage des Flügelrads muss die Nockenwelle eine Drehwinkelposition zur Kurbelwelle einnehmen, in der die Brennkraftmaschine günstig gestartet werden kann. Nach dem Start wird die Drehwinkellage entsprechend einem Betriebskennfeld der Brennkraftmaschine gesteuert oder geregelt . Da die verriegelte Endlage die Verstellung der Nockenwelle nach früh oder spät begrenzt, ist es nicht möglich, die Gaswechselventile während des Betriebs darüber hinaus früher bzw. später zu betätigen.
Eine Verriegelung des Flügelrads während der Startphase ist deshalb notwendig, damit sich das Flügelrad nicht ungewollt durch Schwingungen oder dergleichen während der Startphase verstellt, in der das Flügelrad noch nicht durch einen Betätigungsdruck stabilisiert ist. Sobald ein Betätigungsdruck in einer der Kammern aufgebaut wird, und sich dadurch die Lage des Flügelrads stabilisiert hat, wird der Verriegelungsbolzen durch den Betätigungsdruck aus der Verriegelungsbohrung zurückgeschoben und bleibt in der entriegelten Position, solange eine der Druckkammern beaufschlagt ist.
Nockenwellenversteller sind auch geeignet, um die Drehwinkellage zweier Nockenwellen gegeneinander zu verändern, von denen die eine Einlassventilen und die andere Auslassventilen zugeordnet sind.
Die Aufgabe der Erfindung besteht darin, das Betriebsverhalten der Brennkraftmaschine durch einen größeren Ver-
Stellwinkel an der Nockenwelle zu optimieren. Die Aufgabe wird erfindungsgemäß durch die Merkmale des Anspruchs 1 gelöst. Vorteilhafte Ausgestaltungen und Weiterbildungen der Erfindung ergeben sich aus den Unteransprüchen.
Nach der Erfindung ist die verriegelte Stellung zwischen zwei Endlagen des Flügelrads angeordnet und nicht den Endlagen des Flügelrads zugeordnet. Dadurch ist es möglich, während der Betriebsphase die Nockenwelle über die während der Startphase blockierte Stellung sowohl in Richtung früh als auch in Richtung spät zu verstellen, so dass das Betriebsverhalten der Brennkraftmaschine nicht wie beim Stand der Technik durch eine, während der Startphase eingenommene Endlage begrenzt ist.
Da die Zwischenlage in den Betriebspausen der Brennkraftmaschine sicher angefahren und verriegelt werden muss, ist sicherzustellen, dass während der Betriebsphase der Brennkraftmaschine die Zwischenstellung überfahren werden kann, ohne dass der Verriegelungsbolzen ungewollt in die Verriegelungsbohrung einfährt. Gemäß einer Ausgestaltung der Erfindung wird daher vorgeschlagen, dass der Verriegelungs- bolzen während einer Startphase der Brennkraftmaschine entgegen der Druckfeder nur von einem vom Steuerventil erzeugten Verstelldruck für das Flügelrad bis zum vollständigen Entriegeln beaufschlagt wird, während die entriegelte Stellung während der Betriebsdauer der Brennkraftmaschine durch einen Systemdruck gehalten wird. Dadurch wird gewährleistet, dass der Entriegelungsbolzen nicht entriegelt wird, bevor der Betätigungsdruck das Flügelrad in seiner Stellung stabilisiert und dass er unabhängig vom Betätigungsdruck anschließend durch den Systemdruck in der verriegelten Stellung gehalten wird, bis die Brennkraftmaschine stoppt und der Systemdruck wieder abfällt.
Gemäß einer weiteren Ausgestaltung der Erfindung wird hierzu vorgeschlagen, dass der Verriegelungsbolzen eine zentrale Bohrung aufweist, die einerseits über eine radiale Bohrung mit einer Ringnut verbunden ist und andererseits in einer wirksamen Kolbenfläche, z.B. einer Stirnfläche des Verriegelungsbolzens mündet, die einer Verriegelungsbohrung zugewandt ist. Dem zwischen der Stirnfläche des Verriegelungsbolzens und der als Sackbohrung ausgebildeten Verriegelungsbohrung gebildete Druckraum ist über die Ringnut in der verriegelten Stellung des Verriegelungsbolzens mit einem Betätigungsdruckanschluss und in der entriegelten Stellung des Verriegelungsbolzens mit einem Systemdruckan- schluss verbunden, wobei der jeweils andere Anschluss gesperrt ist. Somit wird der Verriegelungsbolzen zunächst von dem Betätigungsdruck verstellt, wobei sich der Betätigungsdruckanschluss mit zunehmendem Verstellweg schließt, während sich der Systemdruckanschluss entsprechend öffnet . In der entriegelten Stellung ist der Betätigungsdruckanschluss vollständig geschlossen, so dass kein Drucköl über die Ringnut vom Systemdruckanschluss in den Betätigungsdruckanschluss gelangen kann.
Damit sich durch Lecköl in einem Federraum der Druckfeder kein hydraulischer Druck aufbauen kann, ist es zweckmäßig, den Federraum über eine Entlastungsbohrung mit einem drucklosen Raum zu verbinden.
Weitere Vorteile ergeben sich aus der folgenden Zeichnungs- beschreibung. In der Zeichnung ist ein Ausführungsbeispiel der Erfindung dargestellt. 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.
Es zeigt :
Fig. 1 einen schematischen Querschnitt durch einen Nockenwellenversteller in einer entriegelten Stellung,
Fig. 2 einen schematischen Querschnitt durch einen Nockenwellenversteller in einer verriegelten Stellung,
Fig. 3 einen schematischen Längsschnitt durch eine Verriegelungseinrichtung in einer verriegelten Stellung und
Fig. 4 einen schematischen Längsschnitt durch eine Verriegelungseinrichtung in einer entriegelten Stellung.
Ein Nockenwellenversteller 10 besitzt ein Antriebsteil 11, das in üblicher Weise triebmäßig mit einer Kurbelwelle oder einer zweiten Nockenwelle verbunden ist, die hier aber nicht dargestellt sind. In dem Antriebsteil 11 ist ein Flügelrad 12 begrenzt drehbar gelagert. Es kann in Verstell- richtung 21 die mit ihm drehfest verbundene Nockenwelle so verstellen, dass die Gaswechselventile später betätigt werden, während in der entgegengesetzten Verstellrichtung 22 die Gaswechselventile früher betätigt werden. Der Nockenwellenversteller 10 kann auch dazu genutzt werden, um die Steuerzeiten von Einlassventilen relativ zu den Steuerzeiten von Auslassventilen zu verstellen.
Die relative Verstellung des Flügelrads 12 gegenüber dem Antriebsteil 11 erfolgt hydraulisch, indem Flügel 13, 14 in Zwischenräume des Antriebsteils 11 eingreifen, die durch Vorsprünge 15 gebildet werden. Zwischen den Flügeln 13, 14 einerseits und den Vorsprüngen 15 andererseits werden zu beiden Seiten der Flügel 13, 14 Kammern 18, 19 gebildet, denen über ein nicht näher dargestelltes Steuerventil ein
Betätigungsdruck zugeführt wird. Entsprechend den Druckverhältnissen in den Kammern 18, 19, die sich radial zwischen einem Grundkreis 16 und einem Umfangskreis 17 erstrecken, wird das Flügelrad 12 relativ zum Antriebsteil 11 in die Verstellrichtung 21 bzw. 22 verschoben.
Der Nockenwellenversteller 10 besitzt einen Verriegelungs- mechanismus bestehend aus einer Verriegelungsbohrung 24 in Form einer Sackbohrung in einem Deckel 20 des Antriebsteils 11 und einem Verriegelungsbolzen 23, der an einem Ende durch eine Druckfeder 30 beaufschlagt ist und mit seinem anderen Ende in einer verriegelten Stellung in die Verriegelungsbohrung 24 eingreift. Die in Fig. 2 und 3 dargestellte verriegelte Stellung nimmt das Flügelrad 12 während der Betriebspausen der Brennkraftmaschine ein. Diese Stellung gewährleistet für den Start der Brennkraftmaschine optimale Ventilsteuerzeiten.
Zum Entriegeln des Verriegelungsbolzens 23 wird eine Druckkammer 33, die zwischen einer Stirnfläche des Verriegelungsbolzens 23 und der Verriegelungsbohrung 24 gebildet ist, über eine zentrale Bohrung 28, eine radiale Bohrung 27 und eine Ringnut 26 mit einem Betätigungsdruckanschluss 25 verbunden. Dieser mündet z.B. in der Druckkammer 19. Steigt während der Startphase der Brennkraftmaschine in der Druckkammer 19 der Betätigungsdruck über einen bestimmten Betrag, der durch die Stirnfläche des Verriegelungsbolzens 23 und der Federkraft der Druckfeder 30 bestimmt wird, bewegt sich der Verriegelungsbolzen 23 in Entriegelungsrichtung und nimmt schließlich die in Fig. 4 dargestellte Entriegelungsstellung ein, in der der Betätigungsdruckanschluss 25 durch den Verriegelungsbolzen 23 geschlossen ist und die Ringnut 26 mit einem Systemdruckanschluss 29 verbunden ist, so dass der Verriegelungsbolzen 23 in der entriegelten Stellung bleibt, solange an der Brennkraftmaschine der Sys-
temdruck zur Verfügung gestellt wird. Damit ist sichergestellt, dass der Verriegelungsbolzen 23 beim Überfahren der Verriegelungsbohrung 24 während des Betriebs der Brennkraftmaschine nicht ungewollt in die Verriegelungsbohrung 24 eindringt.
Über die Bewegungsspalte zwischen dem Verriegelungsbolzen 23 und dem Flügel 14 des Flügelrads 12 kann Lecköl in einen Federraum 31 eindringen, in der die Druckfeder 30 untergebracht ist. Um zu vermeiden, dass sich in dem Federraum 31 ein hydraulischer Druck aufbaut, ist der Federraum 31 über eine Entlastungsbohrung 32 mit einem drucklosen Raum verbunden.
Bei der dargestellten Ausführung ist der Verriegelungsbolzen 23 in dem Flügelrad 12 und die Verriegelungsbohrung 24 im Antriebsteil 11 vorgesehen. Diese Positionen können auch vertauscht werden. Ferner lassen die Fig. 1 und 2 erkennen, dass die Flügel 13 in Umfangsrichtung eine geringere Erstreckung aufweisen als die Flügel 14, die für die Aufnahme der Verriegelungsbolzen 23 vorgesehen sind.