WO1997031179A1

WO1997031179A1 - VORRICHTUNG ZUM VERÄNDERN DER ÖFFNUNGS- UND SCHLIEssZEITEN VON GASWECHSELVENTILEN EINER BRENNKRAFTMASCHINE

Info

Publication number: WO1997031179A1
Application number: PCT/EP1996/003710
Authority: WO
Inventors: Jochen Auchter; Andreas Strauss; Rainer Ottersbach
Original assignee: INA Wälzlager Schaeffler oHG
Priority date: 1996-02-23
Filing date: 1996-08-22
Publication date: 1997-08-28
Also published as: DE19606724A1

Abstract

Bei einer Vorrichtung (1) zum Verändern der Öffnungs- und Schließzeiten von Gaswechselventilen einer Brennkraftmaschine sollen nachteilige Klappergeräusche durch hochfrequentes Anschlagen ihres Verstellkolbens (9) an seine späte Anschlagposition aufgrund seiner fehlenden hydraulischen Einspannung während des Startvorganges mit einfachen Mitteln vermieden werden. Erfindungsgemäß ist es deshalb vorgesehen, in einer Abtriebseinheit (12) der Vorrichtung (1) einen Schieber (19) zu positionieren, welcher auf ein radial nach außen wirkendes Koppelmittel (24) wirkt. Dieses Koppelmittel (24) ist mit Teilbereichen seiner Mantelfläche (27) in eine Aussparung (26) eines Verstellkolbens (9) der Vorrichtung (1) bringbar. Durch diese Maßnahme wird bei Erreichen der späten Anschlagposition des Verstellkolbens (9) dieser an seiner weiteren Axialbewegung solang gehindert, bis die Vorrichtung (1) wieder ausreichend mit Hydraulikmittel befüllt ist.

Description

Bezeichnung der Erfindung

Vorrichtung zum Verändern der Öffnungs- und Schließzeiten von Gaswech¬ selventilen einer Brennkraftmaschine

Beschreibung

Gebiet der Erfindung

Die Erfindung betrifft eine Vorrichtung zum Verändern der Öffnungs- und Schließzeiten von Gaswechselventilen einer Brennkraftmaschine nach den oberbegriffsbildenden Merkmalen des Anspruchs 1 .

Hintergrund der Erfindung

Eine derartige Vorrichtung ist aus der DE-PS 29 09 803 vorbekannt. Nach Start der Brennkraftmaschine tritt bei einer derartigen Vorrichtung das Problem auf, daß der jeweilige Verstell kolben mit hoher Geschwindigkeit in eine maximale Verstellposition eilt und dort unter erheblicher Geräuschemission mehrfach anschlägt. Dies rührt daher, daß nach Außerbetriebsetzung der Brennkraftma¬ schine das in der Vorrichtung befindliche hydraulische Mittel allmählich aus dieser entweicht und somit der Verstellkolben hydraulisch nicht mehr aus¬ reichend eingespannt ist, wobei in aller Regel ein gewisses Restvolumen an hydraulischem Mittel verbleibt. Hervorgerufen durch die Drehungleichförmig- keit der Nockenwelle wird nach Wiederbefeuerung der Brennkraftmaschine der Verstellkolben, da dieser nun hydraulisch nicht mehr eingespannt ist, in eine Endlage unter der erwähnten erheblichen Geräuschentwicklung verschoben. Dieser Zustand ist im Zeitraum zwischen Befeuerung der Brennkraftmaschine und Befüllung der Druckkammern festzustellen, d. h. wenige Sekunden nach dem Start des Motors.

Aufgabe der Erfindung

Der Erfindung liegt daher die Aufgabe zugrunde, eine Vorrichtung der vor¬ genannten Gattung zu schaffen, bei der die aufgezeigten Nachteile beseitigt sind und insbesondere mit einfachen Mitteln, d. h. mit geringem konstruktiven Aufwand, das angezeigte Startklappern vermieden ist.

Zusammenfassung der Erfindung

Erfindungsgemäß wird diese Aufgabe durch die Merkmale des kennzeichnenden Teiles des Anspruchs 1 gelöst, wobei zweckmäßige Ausgestaltungen Gegen¬ stand der Unteransprüche sind.

Durch die in Anspruch 1 insbesondere in Verbindung mit Anspruch 8 aufge- zeigten erfindungsgemäßen Mittel ist nicht mehr mit den beim Stand der Tech¬ nik auftretenden Klappergeräuschen durch hochfrequentes Anschlagen des Verstellkolbens an seine eine Endlage zu rechnen. Sobald die Vorrichtung nach dem Außerbetriebsetzen der Brennkraftmaschine weitestgehend an hydrau¬ lischem Mittel leergelaufen ist, ist die hydraulische Einspannung des Verstell- kolbens weitestgehend aufgehoben. Wird nun die Brennkraftmaschine wieder befeuert, eilt der Verstellkolben aufgrund der in Richtung negativ wirkenden Wechsel momente der Nockenwelle in seine "späte" Anschlagposition und schlägt dort wie genannt hochfrequent an. Für diese Anschlagposition ist es nach der Erfindung vorgeschlagen, den Verstell kolben bevorzugt mit der Ab- triebseinheit formschlüssig zu koppeln. Durch die Kopplung wird der Verstell¬ kolben an einer weiteren Axialbewegung solange gehindert, bis ein ausreichen¬ der Druck an hydraulischem Mittel in der Vorrichtung aufgebaut ist, welcher Druck ein die formschlüssige Verbindung der beiden Einheiten bewirkendes Koppelmittel mittelbar über einen Schieber wieder außer Eingriff bringt.

Gleichzeitig wird durch die lediglich mittelbare Verschiebung des Koppel- mittels, welches in Ausgestaltung der Erfindung beispielsweise als Kugel oder Rolle ausgebildet ist, dessen Schieber von den Haltekräften befreit. Hierdurch gelingt es, den Schieber, der beispielsweise eine Kolbenform aufweisen kann, geringer zu dimensionieren, da dessen Belastung gesenkt ist.

Vorgesehen ist es auch, mehrere umfangsverteilte Koppeleinrichtungen an der gattungsgemäßen Vorrichtung zu applizieren. Gleichzeitig erfordert die erfin¬ dungsgemäße Koppelvorrichtung keine aufwendigen Änderungen an bereits bestehenden Vorrichtungen zum Verändern der Öffnungs- und Schließzeiten, d. h. es kann auf bereits vorhandene Vorrichtungen konstruktiv zurückgegriffen werden. Ebenfalls bezieht sich die Erfindung auf Ausgestaltungen, bei denen die Antriebseinheit mit dem Verstellkolben gekoppelt wird. Gleichfalls ist es denk¬ bar, durch die erfindungsgemäße Koppeleinrichtung Schaltstufen für den Ver¬ stellkolben zu realisieren, so daß für die dann eingestellten Steuerzeiten kein hydraulisches Halten des Verstellkolbens erforderlich ist.

Mit vom Schutzumfang dieser Erfindung eingeschlossen sind auch weitere Koppelmaßnahmen, beispielsweise derartige, bei denen der Schieber als Keil oder ähnliches ausgebildet ist und somit eine Klinke oder ein vergleichbares Teil zur unmittelbaren Kopplung beaufschlagt. Wichtig ist an dieser Stelle lediglich die mittelbare Beaufschlagung des Koppelmittels, um den Schieber von den Haltekräften der zueinander zu sichernden Bauteile zu befreien.

In Ausgestaltung der Erfindung ist es vorgeschlagen, die Aussparung des Ver¬ stellkolbens für das Koppelmittel auf einem konzentrischen Axialansatz des Verstellkolbens zu applizieren. Diese Maßnahme ist fertigungstechnisch beson¬ ders einfach zu realisieren, da dieser Axialansatz ohnehin die verzahnten Ab¬ schnitte des Verstellkolbens trägt. Vorgeschlagen ist es, den Schieber zur Verlagerung des Koppelmittels in Kop¬ pelrichtung über Druckfederkraft zu beaufschlagen, wobei seine Rückstellung über Hydraulikmitteldruck hergestellt werden soll. Anstatt der Druckfeder können auch weitere Federmittel wie magnetische und elektromagnetische angewendet werden, denkbar ist jedoch auch eine separate Ansteuerung des Schiebers über ein Ventil oder ähnliches. Besonders vorteilhaft ist es, wenn eine Rückstellung des Schiebers in seine Entkoppelstellung über den Hydraulikmittel¬ druck realisiert wird, der ohnehin zum Befüllen wenigstens einer Druckkammer nach dem Wiederbefeuern der Brennkraftmaschine genutzt wird. Mit vom Schutzumfang dieser Erfindung eingeschlossen ist im übrigen auch eine Lösung, bei der eine Entkopplung des Schiebers mit Koppelmittel gleichzeitig mit Befül¬ lung der weiteren Druckkammer, d. h. nicht der aus dem gemeinsamen Pfad ansonsten versorgten, hergestellt ist.

In Konkretisierung der Erfindung ist es vorgeschlagen, den Schieber an seiner der Ausnehmung für das Koppelmittel zugewandten Stirnseite mit einem gering¬ fügigen Axialansatz o. ä. zu versehen, wodurch eine ausreichend große Kolben¬ fläche für seine Rückstellung geschaffen ist.

Zur weiteren Vereinfachung des konstruktiven Aufbaus der erfindungsgemäßen Vorrichtung ist es vorgeschlagen, in der Vorrichtung einen weitestgehend gemeinsamen Pfad zur Zuleitung des Hydraulikmittels in die eine Druckkammer und vor den Schieber zu applizieren. Beispielsweise ist dieser Pfad, ausgehend von einem nicht näher erläuterten Schaltventil, innerhalb einer Bohrung einer die Vorrichtung mit der Nockenwelle verbindenden Schraube bzw. am Außen¬ mantel dieser Schraube entlang geschaffen.

Besonders sinnvoll erweisen sich die erfindungsgemäßen Koppelmaßnahmen für eine Arretierung des Verstellkolbens in seiner einen Endlage nach dem Leerlau- fen der Vorrichtung an hydraulischem Mittel nach erfolgtem Außerbetriebsetzen der Brennkraftmaschine. Dies rührt daher, daß, wie schon mehrfach im älteren Stand der Technik aufgeführt, der Verstell kolben nach dem Wiederbefeuern der Brennkraftmaschine unter hochfrequentem Anschlagen bevorzugt in seine späte Anschlagposition eilt. Diese Anschlagen erzeugt unerwünschte Geräusche. Somit wird durch das Halten des Verstell kolbens in seiner einen Endlage kurz nach dem Start der Brennkraftmaschine dieses nachteilige Klappern hervor¬ ragend eliminiert.

Des weiteren ist es in Ausgestaltung der Erfindung vorgesehen, den Verstell¬ bereich des Verstellkolbens außerhalb seines Koppelbereiches zu legen. Dies ist insbesondere deshalb von Vorteil, weil ansonsten der Verstell kolben bei der gewünschten Verstellung des Ventiltriebs in Richtung späte Öffnungs- und Schließzeiten in dieser Stellung über das Koppelmittel arretiert werden würde. Somit wird ein vorzeitiger Verschleiß im Bereich der Aussparung für das Kop¬ pelmittel wirkungsvoll vermieden. Denkbar ist es jedoch auch, den Verstell¬ bereich des Verstellkolbens mit seinem Koppelbereich zu verbinden.

Schließlich beschreibt ein weiterer Unteranspruch eine vorteilhafte Maßnahme einer Hydraulikmittelzuführung zu der ersten Druckkammer und vor die Stirn¬ seite des Schiebers, durch vom gemeinsamen Pfad ausgehende getrennte Radial¬ bohrungen. Vorgeschlagen ist es jedoch auch, die Radialbohrung zur Zuführung des Hydraulikmittels vor die Stirnseite des Schiebers gleichzeitig als Zuführ- bohrung für die eine Druckkammer zu nutzen.

Die Erfindung ist nicht nur auf die Merkmale ihrer Ansprüche beschränkt. Denkbar und vorgesehen sind auch Kombinationsmöglichkeiten einzelner Anspruchsmerkmale und Kombinatioπsmöglichkeiten einzelner Anspruchs- merkmale mit dem in den Vorteilsangaben und zum Ausgestaltungsbeispiel Offenbarten. Ebenso ist eine Applikation einer derartigen Vorrichtung nicht nur an Ventiltrieben für Brennkraftmaschinen denkbar, sondern beispielsweise auch als Spritzverstellvorrichtung für Einspritzpumpen etc.

Kurze Beschreibung der Zeichnung

Die Erfindung ist zweckmäßigerweise in der Zeichnung dargestellt. Es zeigen: Figur 1 im Halbschnitt eine erfindungsgemäße Vorrichtung mit gekop¬ peltem Koppelmittel;

Figur 2 eine Ansicht nach Figur 1 , jedoch mit entkoppelten Bauteilen und

Figur 3 eine vergrößerte Darstellung der Vorrichtung im Bereich ihres Koppelmittels.

Ausführliche Beschreibung der Zeichnung

Aus Figur 1 geht eine Vorrichtung 1 hervor. Diese dient zum Verändern der Öffnungs- und Schließzeiten von Gaswechselventilen einer Brennkraftmaschine, so wie sie vom prinzipiellen Aufbau her der Fachwelt ausreichend bekannt ist.

Die Vorrichtung 1 weist ein Antriebsrad 2 auf, welches radial innen mit einer Antriebseinheit 3 verbunden ist. Die Antriebseinheit 3 besitzt eine außenliegen¬ de, schräg ausgeführte Verzahnung 4, welche mit einem innenliegenden ver¬ zahnten Abschnitt 5 eines Axialansatzes 6 eines sich mit seinen Stirnflächen 7 und 8 radial nach außen erstreckenden Verstellkolbens 9 kämmt. Der Verstell¬ kolben 9 weist weiterhin einen außenliegenden, schräg verzahnten Abschnitt 10 auf, welcher mit einer innenliegenden Verzahnung 1 1 einer drehfest mit einer nicht dargestellten Nockenwelle verbundenen Abtriebseinheit 12 kommuniziert.

Die Abtriebseinheit 12 besitzt hier eine drehfest mit der Nockenwelle verbunde¬ ne Hülse 13, innerhalb deren Bohrung ein Pfad 14 zur Zuleitung von Hydrau¬ likmittel zu zumindest einer von durch den Verstellkolben 9 unterteilten Druck¬ kammern 1 5 oder 16 dient. Beispielsweise kann das Hydraulikmittel im Pfad 14 entlang einer nicht dargestellten Bohrung einer nicht gezeigten Schraube zur Befestigung der Vorrichtung 1 an der Nockenwelle vorgesehen sein. Ausgehend vom Pfad 14 ist endseitig der Vorrichtung eine erste Radialbohrung 1 7 zur Zuleitung des Hydraulikmittels in die Druckkammer 15 geschaffen. Somit bewirkt eine Zuleitung von Hydraulikmittel in die Druckkammer 1 5 eine Axialverschiebung des Verstellkolbens 9 von der in Figur 1 zu der in Figur 2 gezeigten Anschlagstellung. Diese Axialverschiebung bewirkt in bekannter Art und Weise eine Relativverdrehung der Nockenwelle in bezug auf das sie treibende Antriebsrad 2.

In einer Aufnahme 18 (siehe auch Figur 3) der Abtriebseinheit 12 verläuft ein achsparalleler, als Kolben ausgebildeter Schieber 19. Dieser Schieber 19 ist in Nockenwellenrichtung über die Kraft eines Federmittels 20 (Druckfeder) angefe¬ dert. Eine vorrichtungsseitige Stirnseite 21 des Schiebers 19 verläuft dabei in einer Ausnehmung 22 der Abtriebseinheit 12. Diese Ausnehmung 22 ist über eine weitere Radialbohrung 23, ausgehend vom Pfad 14, mit Hydraulikmittel beaufschlagbar.

Die Radialbohrung 23 führt radial innen unmittelbar vor eine innere Mantel- fläche des Axialansatzes 6. In diesem äußeren Bereich ist ein als Kugel ausgebil¬ detes Koppelmittel 24 positioniert. Das Koppelmittel 24 wirkt dabei mit einer Anschrägung 25 des Schiebers 19 zusammen, welche Anschrägung 25 von dessen Stirnseite 21 ausgeht und im radial äußeren Bereich des Schiebers 19 verläuft. Gleichzeitig ist in der in Figur 1 dargestellten Anschlagstellung des Verstellkolbens 9 in seinem Axialansatz 6 eine zu der Radialbohrung 23 in dieser Stellung fluchtende und zu dem Koppelmittel 24 komplementäre Aus¬ sparung 26 angeordnet.

Ist nun, wie in den Vorteilsangaben zu den Ansprüchen näher beschrieben, die Vorrichtung 1 nach dem Außerbetriebsetzen der Brennkraftmaschine weitestge¬ hend an hydraulischem Mittel leergelaufen, so ist die hydraulische Einspannung des Verstell kolbens 9 aufgehoben. Nach einem Wiederinbetriebsetzen der Brennkraftmaschine eilt der Verstellkolben 9, hervorgerufen durch die Drehun- gleichförmigkeit der Nockenwelle, beispielsweise in seine in Figur 1 gezeigte Anschlagstellung und schlägt dort hochfrequent unter Emission von uner¬ wünschten Geräuschen an. Dieses Anschlagen ist jedoch durch die Maßnahmen gemäß der hier vorliegenden Erfindung mit einfachen Mitteln vermieden. Sobald der Verstellkolben 9 seine späte Anschlagposition (nach Figur 1 ) erreicht hat, verschiebt der Schieber 19, welcher ohnehin aufgrund fehlenden Hydraulik¬ mitteldruckes unter der Kraft des Federmittels 20 steht, über die Anschrägung 25 das Koppel mittel 24 mit Teilabschnitten seiner Mantelfläche 27 radial nach außen in die Aussparung 26 des Axialansatzes 6. Durch die somit geschaffene formschlüssige Verbindung ist wirkungsvoll eine Relatiwerdrehung von An¬ triebseinheit 3 zu Abtriebseinheit 12 durch den axial gehaltenen Verstellkolben 9 geschaffen.

Sobald die Vorrichtung 1 wieder weitestgehend mit hydraulischem Mittel versorgt ist, verschiebt der über die Radialbohrung 23 anliegende Hydraulik¬ mitteldruck den Schieber 19 axial in nockenwellenferne Richtung, so daß das Koppelmittel 24 weitestgehend in die Ausnehmung 22 verschoben werden kann. Der Verstellkolben 9 mit Axialansatz 6 ist somit von seiner eben be¬ schriebenen Kopplung befreit und kann druckbeaufschlagt die gewünschte Axialbewegung ausführen.

Bezugszeichen

1 Vorrichtung 16 Druckkammer

2 Antriebsrad 1 7 Radialbohrung

3 Antriebseinheit 18 Aufnahme

4 Verzahnung 19 Schieber

5 Abschnitt 20 Federmittel

6 Axialansatz 21 Stirnseite

7 Stirnfläche 22 Ausnehmung

8 Stirnfläche 23 Radialbohrung

9 Verstellkolben 24 Koppelmittel

10 Abschnitt 25 Anschrägung

1 1 Verzahnung 26 Aussparung

12 Abtriebseinheit 27 Mantelfläche

13 Hülse 28 Druckfeder

14 Pfad 29 nicht vergeben

15 Druckkammer 30 Axialansatz

Claims

Ansprüche

1. Vorrichtung (1 ) zum Verändern der Öffnungs- und Schließzeiten von Gas¬ wechselventilen einer Brennkraftmaschine, die innerhalb eines Steuertriebs von zumindest einer in einem Zylinderkopf gelagerten Ein- oder Auslaßnockenwelle, vorzugsweise an einem mit der Nockenwelle in Antriebsverbindung stehenden Antriebsrad (2) angeordnet ist, wobei die Vorrichtung (1) einen über hydrauli¬ sches Mittel axial verschiebbaren Verstell kolben (9) aufweist, der mit zwei, bevorzugt gegenläufig, schräg verzahnten Abschnitten (5, 10) versehen ist, von denen der erste Abschnitt (5) mit einer komplementären Verzahnung (4) einer drehfest mit dem Antriebsrad (2) verbundenen Antriebseinheit (3) und der zweite Abschnitt (10) mit einer komplementären Verzahnung (1 1 ) einer drehfest mit der Nockenwelle verbundenen Abtriebseinheit (12) kommuniziert, dadurch gekennzeichnet, daß wahlweise in einer Aufnahme (18) der Abtriebseinheit (12) bzw. einem drehfest mit dieser verbundenen Bauteil oder einer Aufnahme der Antriebseinheit (3) bzw. einem mit dieser drehfest verbundenen Bauteil ein überwiegend in Axialrichtung der Vorrichtung (1) verlagerbarer Schieber (19) positioniert ist, der mit einem durch diesen zumindest teilweise radial verlager¬ baren Koppelmittel (24) kommuniziert, welches Koppelmittel (24) in wenigstens einer Drehstellung der Bauteile (3, 12) zueinander mit Teilabschnitten seiner Mantelfläche (27) in eine komplementäre Aussparung (26) des Verstellkolbens (19) positionierbar ist, wobei es im Entkoppelzustand zumindest annähernd vollständig in einer Ausnehmung (22) des die Aufnahme (18) aufweisenden Bauteils (12 oder 3) verläuft.

2. Vorrichtung nach Anspruch 1 , dadurch gekennzeichnet, daß der Schieber (19) als Kolben hergestellt ist, der in einer als Bohrung ausgebildeten Aufnahme (18) der Ab- bzw. Antriebseinheit (12 oder 3) verläuft, wobei an einer in Kop- pelrichtung sich erstreckenden Anschrägung (25) des Kolbens das Koppelmittel (24) für seine Radialverlagerung anliegt.

3. Vorrichtung nach Anspruch 1 , dadurch gekennzeichnet, daß das Koppel- mittel (24) als Kugel oder Rolle hergestellt ist.

4. Vorrichtung nach Anspruch 1 , dadurch gekennzeichnet, daß die Aussparung (26) des Verstellkolbens (9) auf einem die verzahnten Abschnitte (5, 10) tragen¬ den konzentrischen Axialansatz (6) dieses appliziert ist.

5. Vorrichtung nach Anspruch 1 , dadurch gekennzeichnet, daß die Verlagerung des Schiebers (19) in Koppelrichtung über ein Federmittel (20) wie wenigstens eine Druckfeder und in Entkoppelrichtung über eine Servounterstützung wie Hydraulikmittel herstellbar ist.

6. Vorrichtung nach Anspruch 5, dadurch gekennzeichnet, daß der Schieber (19) an seiner der Ausnehmung (22) zugewandten Stirnseite (21 ) einen geringfü¬ gigen Axialansatz (30) aufweist, so daß im Koppelzustand zwischen einer Stirnseite (21 ) des Schiebers (19) und der Ausnehmung (29) ein Druckraum für das Hydraulikmittel gebildet ist.

7. Vorrichtung nach Anspruch 5, dadurch gekennzeichnet, daß in der Vor¬ richtung (1 ) ein gemeinsamer Pfad (14) für Hydraulikmittel zur Verlagerung des Schiebers (19) und des Verstellkolbens (9) in genau eine der Verstellrichtungen vorgesehen ist.

8. Vorrichtung nach Anspruch 5, dadurch gekennzeichnet, daß die Vorrichtung (1 ) derart ausgebildet ist, daß eine Kopplung des Verstellkolbens (9) in seiner einen Endlage realisiert ist, in die dieser Verstellkolben (9) nach einem Anlaß- Vorgang der Brennkraftmaschine, hervorgerufen durch die Drehungleichförmig- keit der Nockenwelle, bevorzugt eilt.

9. Vorrichtung nach Anspruch 8, dadurch gekennzeichnet, daß der Verstell¬ bereich des Verstellkolbens (9) während der Befeuerung der Brennkraftmaschine außerhalb seines Koppelbereiches liegt.

10. Vorrichtung nach Anspruch 7, dadurch gekennzeichnet, daß die Abtriebs¬ einheit (12) zwei axial voneinander beabstandete Radialbohrungen (17, 23) aufweist, die, ausgehend von dem gemeinsamen Pfad (14) entlang der Nocken¬ welle, zur getrennten Beaufschlagung mit Hydraulikmittel einer ersten Druck¬ kammer (15) vor einer Stirnfläche (7) des Verstellkolbens (9) und einer Aus- nehmung (22) als Druckraum vor einer Stirnseite (21 ) des Schiebers dienen.