DE10161457B4

DE10161457B4 - Variabel gesteuerte Nockenwellenanordnung mit doppelter Ölzufuhr

Info

Publication number: DE10161457B4
Application number: DE10161457A
Authority: DE
Inventors: Matthew Byrne Farmington Diggs; Michael George Belleville Aimone; Hoa T. Sterling Heights Dinh; Eduard Golovatai-Schmidt
Original assignee: Ford Global Technologies LLC
Current assignee: Ford Global Technologies LLC
Priority date: 2000-12-20
Filing date: 2001-12-13
Publication date: 2004-07-15
Anticipated expiration: 2021-12-14
Also published as: DE10161457A1; US20030062010A1; US6631700B2

Abstract

Variabel gesteuerte Nockenwellenanordnung (7) mit doppelter Ölzufuhr für einen Kraftfahrzeugverbrennungsmotor, mit:
einer Nockenwelle (10), die einen Umfangsbereich (22) und eine äußere Stirnfläche (26) aufweist, wobei die Nockenwelle (10) einen ersten Durchlass (30) aufweist, der die Stirnfläche (26) mit dem Umfangsbereich (22) abseits von der Stirnfläche (26) strömungsmäßig verbindet, wobei der erste Durchlass (30) eine Längsbohrung (32) mit einem Gewindeabschnitt (36) aufweist, und wobei die Nockenwelle (10) weiterhin in ihrer Längsrichtung einen zweiten Durchlass (42) aufweist, der von dem ersten Durchlass (30) strömungsmäßig getrennt ist;
einer Nabe (60) mit einer Vorderseite zur Berührungsverbindung mit der Stirnfläche (26) der Nockenwelle (10), wobei die Nabe (60) eine zentrale Öffnung (68, 268) aufweist, die den ersten (30) und den zweiten Durchlass (42) der Nockenwelle (10) schneidet, und wobei die Nabe (60) mindestens erste und zweite radiale Durchlässe (80, 82) aufweist, die die zentrale Öffnung (68, 268) der Nabe (60) schneiden, und die...

Description

Die vorliegende Erfindung betrifft eine variabel gesteuerte Nockenwellenanordnung für einen Kraftfahrzeugverbrennungsmotor mit einer Druckfluidversorgung, die eine Vorverstellungs- und eine Spätverstellurtgs-Druckleitung aufweist.
Hubkolbenverbrennungsmotoren für Kraftfahrzeuge weisen üblicherweise eine Vielzahl von Zylinderbrennräumen mit darin angeordneten Hubkolben auf. Jeder Kolben ist an eine Kolbenstange angelenkt, die wiederum an eine Kurbelwelle angelenkt ist. An einem Ende der Kurbelwelle ist üblicherweise ein Ventilsteuerrad vorgesehen. Typischerweise ist jedem Zylinder wenigstens ein Einlassventil und ein Auslassventil zugeordnet. Sowohl das Einlassventil als auch das Auslassventil sind in eine geschlossene Position federvorgespannt. Weiterhin ist jedem Einlass- und Auslassventil jeweils ein Kipphebel zugeordnet. Um die Ventile zu betätigen, stehen die Kipphebel jeweils mit einem Satz Nocken in Kontakt. Die Nocken sind an einem als Nockenwelle, bezeichneten länglichen Element angebracht. An einem äußeren Ende der Nockenwelle ist eine Nockenwellenkettenscheibe (bzw. Nockenwellenriemen scheibe) vorgesehen. Die Nockenwellenkettenscheibe wird von der Kurbelwelle über eine Steuerkette oder einen Steuerriemen angetrieben, die bzw. der um die Nockenwellenkettenscheibe sowie das Ventilsteuerrad der Kurbelwelle geführt ist. Demgemäß wird die Nockenwelle mit der Kurbelwelle in Synchronisation gebracht und hierdurch die Steuerung der Öffnungs- und Schließvorgänge der Einlass- und Auslassventile bezüglich der Position des jeweiligen Kolbens innerhalb des Zylinderbrennraums festgelegt.
Zur Verringerung der Emissionen und zur Senkung des Kraftstoffverbrauchs. des Fahrzeugs ist es wünschenswert, eine Variation der Steuerung des Zylinderventilbetriebs bezüglich der Kolbenposition innerhalb des Zylinderraums zu ermöglichen. Zur Realisierung, einer derartigen variablen Ventilsteuerung ist es bekannt, an der Nockenwelle variable Nockensteuerungseinheiten vorzusehen. Insbesondere ist bei einer variablen Flügelzellen-Nockensteuerungseinheit mit doppelter Ölzufuhr ein Innenelement oder eine Nabe vorgesehen, die fest mit einer Stirnfläche einer Nockenwelle verbunden ist. Die Nabe weist eine Reihe von Flügelzellen auf, die, in Hohlräumen oder Druckräumen eingeschlossen sind, die wiederum in einem, Außenelement vorgesehen sind, das konzentrisch bezüglich der Nabe angeordnet ist. Dabei ist die Nockenwellenkettenscheibe in das Außenelement integriert. Die Flügelzellen teilen die Druckräume hinsichtlich ihres Umfangs jeweils in eine Frühverstellungs- und eine Spätverstellungsseite auf. Ein Steuerschieber, der mit den Druckräumen über das Innenelement und die Nockenwelle in einer Fluidverbindung steht, steuert den Fluiddruck auf der Frühverstellungsseite und der Spätverstellungsseite der Druckräume. Demgemäß kann die Winkelposition der Nockenwellenkettenscheibe gegenüber der Kurbelwelle durch Steue rung des Fluids in den Frühverstellungs- und Spätverstellungsdruckräumen variiert werden.
Aus dem Stand der Technik ist es bekannt, die Nabe mit einer Stirnfläche der Nockenwelle mittels einer mit einem Gewinde versehenen Befestigungseinrichtung zu verbinden bzw. in Kontakt zu bringen. Typischerweise ist hierzu ein Satz von Längsbohrungen für das Spätverstellungsdruckfluid in der Stirnfläche der Nockenwelle vorgesehen. Weiterhin weist die Nabe einen Satz von Längsbohrungen für das Spätverstellungsdruckfluid auf, die bezüglich der Spätverstellungsbohrungen der Nockenwelle ausgerichtet sind, um einen Fluidfluss zwischen der Schnittstelle der Nabe und der Nockenwellenstirnfläche zu ermöglichen. Die Spätverstellungslängsbohrungen der Nockenwelle an der von der Nockenwellenstirnfläche (dem vorderen Nockenwellenende) abgewandten Seite werden von radialen Querbohrungen gekreuzt. Die radialen Spätverstellungsquerbohrungen stehen wiederum mit einer ringförmigen Nut an der Nockenwelle in Fluidverbindung. Die umgebende Nut an der Nockenwelle steht wiederum in Fluidverbindung mit dem vorstehend genannten Steuerschieber, der den Fluiddruck auf der Frühverstellungs- und der Spätverstellungsseite in den Druckräumen zwischen der Nabe und dem Steuerrad steuert. Auf ähnliche Weise sind bei der bekannten Nockenwelle zusätzlich zwei Längsbohrungen für das Vorverstellungsdruckfluid vorgesehen. Wenn die ringförmige Nut für das Vorverstellungsdruckfluid näher an der Nockenwellenstirnfläche liegt als die ringförmige Spätverstellungsnut, kann auf die Vorverstellungsquerbohrungen verzichtet werden, so dass die Vorverstellungslängsbohrungen direkt ihre jeweilige ringförmige Nut schneiden bzw. in diese münden. Die Längsbohrungen der Nockenwelle für das Vorverstellungsdruckfluid sind weiterhin gegenüber den Längsbohrungen in der Nabe derart ausgerichtet, dass das Vorverstellungsdruckfluid durch die Verbin dungsfläche zwischen der Nabe und der Nockenwellenstirnfläche hindurchtreten kann. Wenn die Nabe durch die Befestigungseinrichtung gegen die Nockenwelle angezogen wird, müssen die vorstehend erwähnten Vorverstellungs- und Spätverstellungslängsbohrungen in der Nockenwelle gegenüber den jeweils zugeordneten Bohrungen innerhalb der Nabe abgedichtet werden. Die Abdichtungsschnittstelle zwischen der Nabe und der Nockenwellenstirnfläche hängt dabei von der Bearbeitung bzw. den Bearbeitungstoleranzen und der Ausrichtung zwischen der Nabe und der Nockenwelle ab. Demgemäß ist die Qualität der Abdichtungsschnittstelle bzw. des Klemmbereichs nicht immer vorhersehbar. Außerdem hängt das Erreichen einer benötigten Klemmlast zwischen der Nabe und der Nockenwelle von der Abdichtungsschnittstelle ab und. ist daher nicht immer reproduzierbar.
Ein weiterer Nachteil der variablen Nockenwellenanordnung gemäß dem Stand der Technik besteht darin, dass sich zwischen der Nockenwellenstirnfläche und der Nabe vier Längsbohrungen erstrecken müssen. Die beiden längsten Längsbohrungen müssen an der der Nockenwellenstirnfläche nächstliegenden ringförmigen Nut vorbei gebohrt werden. Demgemäß müssen diese radial der axialen Mittellinie der Nockenwelle näher kommen als der andere Satz der Längsbohrungen. Außerdem ist eine zentrale oder axiale Bohrung mit Gewinde erforderlich, damit die Befestigungseinrichtung durch ein Gewinde mit der. Nockenwelle verbunden werden kann. Die Notwendigkeit von fünf in die Nockenwelle einzubringenden axialen Bohrungen erfordert zwangsläufig einen bestimmten Mindestdurchmesser der Nockenwelle, der weiterhin den Mindestdurchmesser des Traglagers vorgibt, der für eine gegebene Nockenwelle möglich ist.
Aus der US 61 35 077 A ist eine variable Nockenwellensteuerungsanordnung mit doppelter Ölzufuhr vom Schrauben- bzw. Spiraltyp bekannt. Gemäß 2 dieser Patentschrift passiert eine der Ölzufuhren eine Befestigungseinrichtung, mittels derer ein Nabenelement an der Nockenwelle befestigt wird. Daher kann einer der Druckfluidflüsse durch die axiale Mittellinie der Nockenwelle fließen, wodurch der allgemeine Lagerdurchmesser der Nockenwelle verkleinert werden kann. Die bekannte VCT-Einheit erfordert jedoch einen Verschlussdeckel.
Aus der JP 11-270 318 A ist eine variabel gesteuerte Nockenwellenanordnung mit doppelter Ölzufuhr bekannt, bei welcher eine Nabe drehbeweglich auf einer Nockenwelle angeordnet ist, wobei der Relativwinkel zwischen Nabe und Nockenwelle durch die Zufuhr beziehungsweise Ableitung eines Hydraulikfluids zu Druckkammern, die zwischen der Nabe und der Nockenwelle ausgebildet sind, bewirkt wird. Die Nabe ist mittels einer Schraube an der Achse der Nockenwelle befestigt. Verbindungskanäle für die Leitung des Hydraulikfluids zu den Druckkammern sind vollständig innerhalb der Nockenwelle ausgebildet. Durch einen zusätzlichen Mechanismus kann die Relativposition zwischen Nabe und Nockenwelle mechanisch verriegelt beziehungsweise entriegelt werden.

Die Aufgabe der vorliegenden Erfindung besteht dementsprechend darin, eine Ventilsteuerzeit-Anordnung bereitzustellen, bei der der Traglagerdurchmesser der Nockenwelle auf einen Mindestwert reduziert werden kann, und zwar ohne die Notwendigkeit eines Verschlussdeckels. Weiterhin soll die Klemmlast zwischen dem Innenelement (Nabe) und der Nockenwelle reproduzierbar sein, wobei die Klemmlast mittels eines durchgängigen Rings an der Vorderseite der Nockenwelle angrenzend an deren Außendurchmesser aufgebracht werden soll. Durch eine derartige Anordnung wird ein maximales Haltedrehmoment zwischen der Nockenwelle und der Ventilsteuerzeit-Anordnung erzielt.

Die Erfindungsgemäßen Lösungen geben die Merkmale der Patentansprüche 1 oder 18 an.

Zur Lösung der vorstehend genannten Aufgabe wird in einer bevorzugten Ausführungsform der vorliegenden Erfindung eine Anordnung mit einer variabel gesteuerten Nockenwelle für einen Verbrennungsmotor eines Kraftfahrzeugs mit einer Frühverstellungs- und Spätverstellungsleitung bzw. mit einer doppelten Ölzufuhr bereitgestellt. Die Anordnung umfasst eine Nockenwelle, die einen Umfangsbereich und eine äußere Stirnfläche aufweist. Die Nockenwelle weist einen er sten Durchlass auf, der (vor der Montage) eine Fluidverbindung zwischen der Nockenwellenstirnfläche und dem Umfangsbereich der Nockenwelle abseits der Stirnfläche herstellt. Der erste Durchlass weist eine axiale Längsbohrung mit einem Gewindeabschnitt auf.

Die Nockenwelle weist weiterhin einen zweiten Durchlass auf, der von dem ersten Durchlass strömungsmäßig getrennt ist. Eine Nabe ist im Hinblick auf eine aneinanderstoßende Verbindung mit der Nockenwellenstirnfläche ausgebildet. Die Nabe weist eine zentrale Öffnung auf, die den ersten und den zweiten Durchlass der Nockenwelle schneidet. Die Nabe weist mindestens erste und zweite radiale Durchlässe auf, die die zentrale Öffnung der Nabe schneiden. Der erste und der zweite Durchlass der Nabe sind axial voneinander beabstandet. Weiterhin ist an der Nabe eine Zeiteinstellungsketten- bzw. -Riemenscheibenanordnung mit der Möglichkeit einer relativen Drehbewegung bezüglich der Nabe vorgesehen. Mindestens ein Flügel ist entweder mit der Zeiteinstellungskettenscheibenanordnung oder mit der Nabe verbunden. Die Zeiteinstellungskettenscheibenanordnung und die Nabe grenzen einen Druckraum zwischen sich ab, der in ein Vorverstellungs-Winkelsegment, das den ersten radialen Durchlass der Nabe schneidet, und ein zweites Spätverstellungs-Winkelsegment unterteilt ist, das den zweiten radialen Durchlass der Nabe schneidet. Weiterhin ist eine Befestigungseinrichtung mit einem Kopf und einem Gewindeschaft, der sich von diesem aus erstreckt, vorgesehen. Der Schaft der Befestigungseinrichtung weist sich schneidende Längs- und Radialbohrungen auf, die den ersten Durchlass der Nockenwelle mit dem ersten radialen Durchlass der Nabe strömungsmäßig verbinden. Der Kopf der Befestigungseinrichtung steht mit der Nabe in Berührung, um die Nabe an der Nockenwelle zu befestigen. Ein Dichtungselement bildet eine Schnittstelle zwischen dem Schaft der Befestigungseinrichtung und der zentralen Öffnung der Nabe, um Abschnitte der zentralen Öffnung der Nabe, die zum ersten radialen Durchlass der Nabe hin offen sind, von Abschnitten der zentralen Öffnung der Nabe, die zum zweiten radialen Durchlass der Nabe hin offen sind, zu trennen.

Ein Vorteil der vorliegenden Erfindung besteht darin, dass eine Anordnung mit einer variabel gesteuerten Nockenwelle mit doppelter Ölzufuhr geschaffen wird, bei der eine Bolzenbefestigungseinrichtung, die ein Innenelement oder eine Nabe an der Nockenwelle befestigt, auch gleichzeitig einen Strömungsverbindungspfad vorsieht, der radial nach außen verläuft.

Ein weiterer Vorteil der vorliegenden Erfindung besteht darin, dass eine Anordnung mit einer variabel gesteuerten Nockenwelle mit doppelter Ölzufuhr geschaffen wird, bei der eine einzige, einheitlich ausgebildete Befestigungseinrichtung eine Nabe mit der Nockenwelle verbindet, wobei die Befestigungseinrichtung auch ein Dichtungselement axial belastet bzw. vorspannt, das die Vorverstellungs- und Spätverstellungs-Fluidpfade voneinander trennt.

Ein weiterer Vorteil der vorliegenden Erfindung besteht darin, dass eine Anordnung mit einer variabel gesteuerten Nockenwelle mit doppelter Ölzufuhr geschaffen wird, bei der der Klemmbereich zwischen der Nabe und der Stirnfläche der Nockenwelle entlang eines Rings an der Vorderseite der Nockenwelle angrenzend an den Außendurchmesser der Nockenwelle verläuft, wodurch ein maximales Haltedrehmoment zwischen der Nockenwelle und der Nabe gewährleistet und außerdem eine reproduzierbare Klemmlast ermöglicht wird.

Die Erfindung wird nachfolgend anhand der Zeichnungen beispielhaft näher erläutert. Es zeigen:

1 eine Schnittansicht einer bevorzugten Ausführungsform der Nockenwellenanordnung gemäß der vorliegenden Erfindung,

2 eine Ansicht entlang der Linie 2-2 aus 1,

3 einen Aufriss von vorne einer Zeiteinstellungskettenscheibenanordnung, die an der in 1 gezeigten Nabe vorgesehen ist,

4 einen Aufriss von vorne der in 1 gezeigten Nabe mit angebrachten Flügelzellen, die einen abgegrenzten Druckraum in ein Vorverstellungs-Winkelsegment und ein Spätverstellungs-Winkelsegment aufteilen und

5 eine Ansicht ähnlich derjenigen in 1, die eine alternative bevorzugte Ausführungsform erläutert, in der die Dichtung zwischen einem Schaft der Bolzenbefestigungseinrichtung und einer mittleren Öffnung der Nabe durch einen O-Ring erreicht wird.

Bezugnehmend auf die 1 und 2 wird eine Anordnung 7 mit einer variablen Flügelzellennockenwellensteuerung mit doppelter Ölzufuhr für einen Kraftfahrzeugverbrennungsmotor mit einer Nockenwelle 10 erläutert. Die Nockenwelle 10 weist eine Reihe von Nocken 14 auf, die durch Schweißen mit dieser verbunden sind. In dem gezeigten Beispiel ist die Nockenwelle 10 aus einem länglichen Rohrelement mit einem vorgegebenen Innendurchmesser 18 gefertigt. Der Innendurchmesser 18 ist durch einen Stöpsel 19 verschlossen.

Die Nockenwelle 10 weist einen radialen Umfangsbereich 22 auf. Die Nockenwelle 10 weist weiterhin eine äußerste Längsstirnfläche 26 sowie einen ersten Fluiddurchlass 30 auf. Der erste Fluiddurchlass 30 verbindet die Nockenwellenstirnfläche 26 strömungsmäßig mit der radialen Seite 22. Der erste Fluiddurchlass 30 der Nockenwelle weist eine Längsbohrung 32 auf, die von dem Innendurchmesser 18 der Nockenwelle bereitgestellt oder alternativ als bearbeitete Maschinenbohrung ausgebildet sein kann. Die Längsbohrung 32 der Nockenwelle weist einen Gewindeabschnitt 36 auf. Der erste Durchlass 30 der Nockenwelle schließt weiterhin eine radial durchgehende Bohrung 40 ein, die die axiale Längsbohrung 32 schneidet. Die radiale durchgehende Bohrung 40 schneidet eine ringförmige Nutöffnung 54.

Die Nockenwelle weist außerdem einen zweiten Fluiddurchlass 42 auf, der strömungsmäßig von dem ersten Fluiddurchlass 30 getrennt ist. Der zweite Fluiddurchlass 42 verbindet die Stirnfläche 26 strömungsmäßig mit der radialen Seite 22 der Nockenwelle an der ringförmigen Nutöffnung 56 an einer Stelle, die von der Stirnfläche 26 beabstandet ist. Der zweite Fluiddurchlass 42 weist eine im Wesentlichen longitudinale, nicht axial angeordnete Bohrung 44 auf, die eine im Wesentlichen radiale Bohrung 46 schneidet (in 1 sind radiale Bohrungen 40, 46 zur Erläuterung in der gleichen Ebene gezeigt, die tatsächliche Lage ist jedoch aus 2 ersichtlich). Der zweite Fluiddurchlass 42 weist einen ersten Zweig auf, der durch eine Längsbohrung 44 bereitgestellt wird, und einen zweiten Zweig, der durch die Längs bohrung 48 (nur in 2 gezeigt) bereitgestellt wird, wobei die Längsbohrung 48 eine radiale Bohrung 50 schneidet. Die ringförmigen Nutenöffnungen 54 der radialen Bohrung 40 sind jeweils axial von den ringförmigen Nutenöffnungen 56, 58 der radialen Bohrungen 46, 50 beabstandet.

Die Anordnung 7 zur variablen Flügelzellennockenwellensteuerung mit doppelter Ölzufuhr weist ein Innenelement oder, eine Nabe 60 auf. Die Nabe 60 weist eine eingelassene vertikale Schulterstirnfläche 64 zu einem kontrollierten ringförmigen Kontakt mit der Stirnfläche 26 angrenzend an den Außendurchmesser 66 der Nockenwelle 10 auf. Die Nabe 60 weist weiterhin eine zentrale axiale Öffnung 68 mit mehreren Durchmessern auf. Die zentrale Öffnung 68 weist einen Abschnitt 72 mit vergrößertem Durchmesser auf, der den ersten Fluiddurchlass 30 und den zweiten Fluiddurchlass 42 der Nockenwelle schneidet. Die zentrale Öffnung 68 weist entlang ihres vorderen Endes einen weiteren vergrößerten Abschnitt 76 auf, der einen Satz von halbringförmigen, geometrisch beabstandeten ersten radialen Durchlässen 80 schneidet. Ein Satz von halbringförmigen, geometrisch beabstandeten zweiten radialen Durchlässen 82 schneidet den mit einem vergrößertem Durchmesser ausgebildeten Abschnitt 72 der zentralen Öffnung 68 der Nabe. Die ersten radialen Durchlässe 80 sind axial von den zweiten radialen Durchlässen 82 beabstandet.

Zusätzlich bezugnehmend auf die 3 und 4 weist die Nabe 60 entlang ihrer äußeren Umfangskante eine Reihe von radialen Längsschlitzen 86 auf. Innerhalb der radialen Längsschlitze 86 ist eine bewegliche Druckabgrenzung vorgesehen, die von einer Flügelzelle 88 versorgt wird. In 3 sind die Nabe 60 und vorstehende Flügelzellen 88 gestrichelt dargestellt. In anderen Ausführungsformen (nicht gezeigt) können die Flügelzellen mit oder ohne Verwendung von Schlitzen mit der Nabe verbunden sein. Ein Außenelement 92, das die Zeiteinstellungskettenscheibenanordnung 90 enthält, ist mit der Möglichkeit einer begrenzten Drehbewegung in Bezug auf die Nabe 60 angeordnet. Das Hauptaußenelement 92 weist Kettenradzähne 96 zum Eingriff in eine Steuerkette (nicht dargestellt) oder – bevorzugt im Falle eines kleineren Vierzylindermotors – zum Eingriff in einen Steuerzahnriemen auf. Die Steuerkette ist mit einer Ketten- bzw. Riemenscheibe bzw. einem Steuerrad (nicht gezeigt) verbunden, die bzw. das auf einem Ende einer Kurbelwelle (nicht gezeigt) angeordnet ist, und überträgt eine Drehkraft von der Kettenscheibe zu der Zeiteinstellungskettenscheibenanordnung 90. Die Zeiteinstellungskettenscheibenanordnung 90 weist eine Reihe von radial nach innen vorstehenden Teilvorrichtungen 100 auf, die die Druckräume 104 abgrenzen (vgl. 3). Die Druckräume 104 sind durch die Flügelzellen 88 entlang ihres Umfangs in ein Verzögerungs-Winkelsegment 108 und ein Vorstell-Winkelsegment 112 geteilt. Das Hauptaußenelement 92 ist durch eine Reihe von Bolzen 116 (von denen in 1 nur einer gezeigt ist) mit einer Rückplatte 120 und einer Vorderplatte (nicht gezeigt) verbunden.

Gemäß 1 weist die Anordnung 7 für eine variable Flügelzellennockenwellensteuerung weiterhin eine Befestigungseinrichtung 121 auf. Die Befestigungseinrichtung weist einen Kopf 122 mit einem Abschnitt 124 zum Eingriff für einen Schraubenschlüssel auf. Der Kopf 122 der Befestigungseinrichtung weist weiterhin einen ersten Verschlussflansch 128 auf, der die Nabe 60 festklemmt und die zentrale Öffnung 68 der Nabe abdichtet. Wenn dieser vollständig im Eingriff ist, weist der erste Verschlussflansch 128 eine Klemmkraft von etwa 50 kN gegen eine Schulter 130 der Nabe auf, um eine angemessene Abdichtung zu gewährleisten. Ein Schaft 134 der Befestigungseinrichtung, der einen Gewindeabschnitt 136 aufweist, erstreckt sich von dem Kopf 122. Der Schaft 134 der Befestigungseinrichtung weist weiterhin einen zweiten Verschlussflansch 138 auf. Der Schaft 134 der Befestigungseinrichtung weist eine axiale Längsbohrung 140 auf. Die axiale Bohrung 140 schneidet eine radiale Querbohrung 142 und verbindet strömungsmäßig den ersten Durchlass 30 der Nockenwelle mit den ersten radialen Durchlässen 80 der Nabe. Die radiale Querbohrung 142 schneidet einen Umfangsbereich des Schafts 134 der Befestigungseinrichtung zwischen den Verschlussflanschen 128 und 138. Eine Federscheibe 150 bildet eine Dichtungsschnittstelle zwischen dem zweiten Verschlussflansch 138 und einer Schulter 139 der zentralen Öffnung 68 der Nabe. Die Federscheibe 150 teilt die zentrale Öffnung 68 der Nabe in einen vorderen Abschnitt, der zu den ersten radialen Durchlässen 80 der Nabe hin offen ist, und einen hinteren Abschnitt, der zu den zweiten radialen Durchlässen 82 der Nabe hin offen ist. Der Gewindeabschnitt 36 der Längsbohrung 32 der Nockenwelle und der Gewindeabschnitt 136 des Schaftes dichten das Fluid in dem ersten Durchlass 30 der Nockenwelle gegen das Fluid in der zentralen Öffnung 68 der Nabe ab, die zum Fluid in dem zweiten Durchlass 42 der Nockenwelle hin offen ist.

Gemäß 3 kann die Winkelstellung zwischen der Nabe 60 und der Zeiteinstellungskettenscheibenanordnung 90 durch einen Verriegelungsmechanismus 156 und einen Stift (nicht gezeigt) fixiert werden, was für variable Nockensteuerungsanordnungen typisch ist. In den meisten Fällen ist auch eine Torsionsfederanordnung (nicht gezeigt) vorgesehen, um die Winkelposition der Zeiteinstellungskettenscheibenanordnung 90 in Bezug auf die Nabe 60 vorzuspannen. Eine Steuerschieber-Steuerungseinheit (nicht gezeigt) steuert den Fluiddruck, der über Nutenöffnungen 54 an den ersten Fluid durchlass 30 der Nockenwelle angelegt wird. Die Steuerschieber-Steuerungseinheit steuert weiterhin den Fluiddruck, der an die Nutenöffnungen 56, 58 des zweiten Fluiddurchlasses 42 der Nockenwelle angelegt wird.

In den meisten Fällen wird der erste Fluiddurchlass 30 der Nockenwelle mit der Phase des Verzögerungsbetriebs der variabel gesteuerten Nockenwellenanordnung 7 verbunden. Wenn der Verriegelungsmechanismus 156 nicht aktiviert ist und eine Änderung der Ventilzeiteinstellung gewünscht wird, wird Druckfluid durch ein Radiallager durch Öffnungen 54 in den ersten Fluiddurchlass 30 der Nockenwelle übertragen. Das Fluid passiert die axiale Längsbohrung 140 des Schaftes 134 der Befestigungseinrichtung. Das Verzögerungsdruckfluid passiert anschließend die radiale Querbohrung 142, die mit den ersten radialen Durchlässen 80 der Nabe in Verbindung steht, und fließt zum Verzögerungs-Winkelsegment 108 (vgl. 3). Gleichzeitig wird der Druck in dem zweiten radialen Durchlass 42 gesenkt, was es dem Fluid ermöglicht, aus der Nutenöffnung 56 zum Steuerschieber zu fließen, und es dem Fluid aus dem Vorverstellungs-Winkelsegment 112 ermöglicht, aus dem Druckraum 104 verdrängt zu werden und radial nach innen durch die zweiten radialen Durchlässe 82 in den vergrößerten Abschnitt 72 der zentralen Öffnung der Nabe zu fließen und dann aus dem zweiten Fluiddurchlass 42 auszutreten. Um die Winkelposition der Nockenwelle 10 in Bezug auf die Zeiteinstellungskettenscheibenanordnung 90 vorzuverstellen, wird der zweite Fluiddurchlass 42 unter Druck gesetzt und der erste Durchlass 30 der Nockenwelle wird durch Entfernung des Fluids drucklos geschaltet, wodurch sich die Nabe 60 in Bezug auf die Zeiteinstellungskettenscheibenanordnung 90 vorverschiebt.

Die Montage der Zeiteinstellungskettenscheibenanordnung 90 und der Nabe 60 an der Nockenwelle 10 wird im Rahmen der Erfindung vereinfacht, da die Drehmomentbefestigungseinrichtung 121 die Nabe 60 gegen die Nockenwellenstirnfläche 26 festklemmt und die verschiedenen Dichtungsoberflächen gegeneinander anlegt, nämlich die Oberflächen zwischen dem ersten Verschlussflansch 128 und der Schulter 130, dem zweiten Verschlussflansch 138, der Federscheibe 150 und der Schulter 139 sowie dem Gewindeabschnitt 136 des Schafts und dem Gewindeabschnitt 36 der Längsbohrung der Nockenwelle. Die Ausnehmung 162 der Nabe ermöglicht es, dass der Kopf 122 der Befestigungseinrichtung ausgenommen sein kann. Durch die Dichtungsschnittstelle 128/130 ist eine Abdeckung über dem Kopf 122 nicht mehr notwendig.

Eine Ebene, die zur Hauptschnittstelle zwischen der Nabe und der Nockenwellenstirnfläche 26 parallel verläuft, geht durch den Zahnabschnitt 96 des Radaufbaus 90 hindurch.

In 5, in der ähnliche Teile ähnliche Bezugszeichen wie in den 1 bis 4 aufweisen, ist eine alternative bevorzugte Ausführungsform der Anordnung 217 einer Flügelzellennockenwellensteuerung vorgesehen. Die Anordnung 217 weist eine Befestigungseinrichtung 240 mit einem Schaft 234 auf, in den radial ein O-Ring-Dichtungselement 250 eingreift. Der O-Ring 250 ist innerhalb einer ringförmigen Nut 252 positioniert, die innerhalb der zentralen Öffnung 268 der Nabe vorgesehen ist. Demgemäß sind die Federscheibe 150 und der zweite Flansch 138 der vorigen Befestigungseinrichtung 121 weggelassen.

Mit den variablen Anordnungen 7 und 217 zur Flügelzellennockenwellensteuerung wird eine variable Nockensteuerung mit einer einzigen Bolzenbefestigung realisiert, die mit variablen Nockensteuerungseinrichtungen kompatibel ist, die zwei Druckölverbindungen erfordern. Die Anordnungen 7, 217 der Flügelzellennockenwellen der vorliegenden Erfindung ermöglichen eine Naben-/Nockenwellen-Klemmschnittstelle zur Stirnfläche der Nockenwelle an der äußersten ringförmigen Oberfläche, so dass das Haltedrehmoment maximiert werden kann. Die Klemmschnittstelle für die Nabe/Nockenwelle zeichnet sich durch einen kontrollierten Kontaktbereich aus, so dass der Berührungsdruck auf ein optimales Niveau eingestellt werden kann. Die Dichtung der Befestigungseinrichtung bewirkt, dass eine Abdeckung der Ölkammern innerhalb der Nabe überflüssig wird. Schließlich ermöglichen beide Anordnungen 7, 217 eine vereinfachte Montage der Nockenwelle. Da das Spätverstellungsdruckfluid durch den ersten Durchlass 30 und durch die axiale Bohrung 140 fließt, müssen keine zusätzlichen Längsbohrungen, wie die Längsbohrungen 44 und 48, die für das Vorverstellungsdruckfluid vorgesehen sind, in die Nockenwellenstirnfläche 26 für das Spätverstellungsdruckfluid gebohrt werden. Demgemäß kann der Traglagerdurchmesser der Nockenwelle gegenüber demjenigen Durchmesser verkleinert werden, der notwendig wäre, wenn zwei zusätzliche, sich in die Nockenwellenstirnfläche zur Querbohrung 40 erstreckende Längsbohrungen erforderlich wären.

Claims

Variabel gesteuerte Nockenwellenanordnung (7) mit doppelter Ölzufuhr für einen Kraftfahrzeugverbrennungsmotor, mit: einer Nockenwelle (10), die einen Umfangsbereich (22) und eine äußere Stirnfläche (26) aufweist, wobei die Nockenwelle (10) einen ersten Durchlass (30) aufweist, der die Stirnfläche (26) mit dem Umfangsbereich (22) abseits von der Stirnfläche (26) strömungsmäßig verbindet, wobei der erste Durchlass (30) eine Längsbohrung (32) mit einem Gewindeabschnitt (36) aufweist, und wobei die Nockenwelle (10) weiterhin in ihrer Längsrichtung einen zweiten Durchlass (42) aufweist, der von dem ersten Durchlass (30) strömungsmäßig getrennt ist; einer Nabe (60) mit einer Vorderseite zur Berührungsverbindung mit der Stirnfläche (26) der Nockenwelle (10), wobei die Nabe (60) eine zentrale Öffnung (68, 268) aufweist, die den ersten (30) und den zweiten Durchlass (42) der Nockenwelle (10) schneidet, und wobei die Nabe (60) mindestens erste und zweite radiale Durchlässe (80, 82) aufweist, die die zentrale Öffnung (68, 268) der Nabe (60) schneiden, und die voneinander axial beabstandet sind; einer Zeiteinstellungs-Kettenscheibe oder einer Zeiteinstellungs-Riemenscheibe (90), die an der Nabe (60) drehbeweglich in Bezug auf diese angebracht ist; wenigstens einer beweglichen Druckabgrenzung (Flügel 88), die mit der Zeiteinstellungs-Kettenscheibe oder der Nabe (60) verbunden ist, wobei die Zeiteinstellungs-Kettenscheibe und die Nabe (60) einen Druckraum (104) abgrenzen, der durch die bewegliche Druckabgrenzung (Flügel 88) in ein erstes Winkelsegment (108), das den ersten radialen Durchlass (80) der Nabe (60) schneidet, und ein zweites Winkelsegment (112), das den zweiten radialen Durchlass (82) der Nabe (60) schneidet, geteilt ist; einer Befestigungseinrichtung (121, 240) mit einem Kopf (122) und einem Schaft (134), der sich vom Kopf (122) aus erstreckt, wobei der Schaft (134) der Befestigungseinrichtung (121, 240) sich schneidende Längs- und Radialbohrungen (140, 142) aufweist, die den ersten Durchlass (30) der Nockenwelle (10) mit dem ersten radialen Durchlass (80) der Nabe (60) verbinden, und wobei der Kopf (122) der Befestigungseinrichtung (121, 240) mit der Nabe (60) in Berührung steht, um die Nabe (60) an der Nockenwelle (10) zu befestigen; und einem Dichtungselement (150, 250), das zwischen dem Schaft (134) der Befestigungseinrichtung (121, 240) und der zentralen Öffnung (68, 268) der Nabe (60) angeordnet ist, um Abschnitte der zentralen Öffnung (68, 268) der Nabe (60), die zum ersten radialen Durchlass (80) der Nabe (60) offen sind, von Abschnitten der zentralen Öffnung (68, 268) der Nabe (60), die zum zweiten radia len Durchlass (82) der Nabe (60) offen sind, zu trennen.
Nockenwellenanordnung nach Anspruch 1, dadurch gekennzeichnet, dass die bewegliche Druckabgrenzung (88) als Flügel (88) ausgebildet ist, der das erste (108) und das zweite Winkelsegment (122) entlang des Umfangs teilt.
Nockenwellenanordnung nach Anspruch 1 oder 2, dadurch gekennzeichnet, dass die Nockenwelle (10) und die Nabe (60) über einen ringförmigen Stirnflächenbereich der Nockenwelle (10) angrenzend an den Außendurchmesser der Nockenwellenstirnfläche (26) in Berührung stehen.
Nockenwellenanordnung nach Anspruch 3, dadurch gekennzeichnet, dass die Nabe (60) eine eingelassene vertikale Stirnfläche (64) mit einer Schulter in Kontakt mit der Nockenwellenstirnfläche (26) aufweist.
Nockenwellenanordnung nach einem der Ansprüche 1 bis 4, dadurch gekennzeichnet, dass die Nockenwelle (10) aus einem hohlen Rohrelement mit daran befestigten Nocken gefertigt ist.
Nockenwellenanordnung nach einem der Ansprüche 1 bis 5, dadurch gekennzeichnet, dass eine Ebene, die einen Berührungspunkt zwischen der Nockenwellenstirnfläche (26) und der Nabe (60) schneidet, einen Zahnabschnitt der Zeiteinstellungs-Kettenscheibe schneidet.
Nockenwellenanordnung nach einem der Ansprüche 1 bis 6, gekennzeichnet durch eine Vielzahl von beweglichen Druckabgrenzungen (Flügel 88) und Druckräumen (104).
Nockenwellenanordnung nach einem der Ansprüche 1 bis 7, dadurch gekennzeichnet, dass die zentrale Öffnung (68) der Nabe (60) eine Schulter (139) aufweist und die Befestigungseinrichtung (121) einen Verschlussflansch (138) aufweist und das Dichtungselement (150) axial zwischen dem Verschlussflansch (138) der Befestigungseinrichtung (121) und der Schulter (139) der zentralen Öffnung (68) der Nabe (60) eingeschlossen ist.
Nockenwellenanordnung nach einem der Ansprüche 1 bis 8, dadurch gekennzeichnet, dass das Dichtungselement (150) als Federscheibe ausgebildet ist.
Nockenwellenanordnung nach einem der Ansprüche 1 bis 9, dadurch gekennzeichnet, dass die Längsbohrung (32) des ersten Durchlasses (30) in der Nockenwelle (10) als axiale Bohrung (32) ausgebildet ist.
Nockenwellenanordnung nach einem der Ansprüche 1 bis 7, gekennzeichnet durch eine ringförmige Nut (252) in der zentralen Öffnung (268) der Nabe (60) oder im Schaft der Befestigungseinrichtung (240), wobei das Dichtungselement (250) in der Nut (252) angeordnet ist (5).
Nockenwellenanordnung nach einem der Ansprüche 1 bis 11, dadurch gekennzeichnet, dass der erste Durchlass (30) zur Verzögerung bzw. Spätverstellung der Nockenwelle (10) in Bezug auf die Ketten- oder die Riemenscheibe vorgesehen ist.
Nockenwellenanordnung nach Anspruch 12, dadurch gekennzeichnet, dass der Schnittpunkt des ersten Durchlasses (30) mit dem Umfangsbereich (22) der Nockenwelle (10) einen größeren Abstand von der Stirnfläche (26) der Nockenwelle besitzt als der Schnittpunkt des zweiten Durchlasses (42) mit dem Umfangsbereich (22) der Nockenwelle (10).
Nockenwellenanordnung nach einem der Ansprüche 1 bis 13, dadurch gekennzeichnet, dass der Kopf (122) der Befestigungseinrichtung (121, 240) einen Verschlussflanschabschnitt (128) und einen Abschnitt (124) zum Eingriff für einen Schraubenschlüssel aufweist.
Nockenwellenanordnung nach einem der Ansprüche 1 bis 14, dadurch gekennzeichnet, dass der Gewindeabschnitt (36) der Längsbohrung (32) der Nockenwelle (10) und der Gewindeabschnitt (136) des Schaftes (134) der Befestigungseinrichtung (121) den ersten radialen Durchlass (80) von der zentralen Öffnung (68) der Nabe (60), die (68) zum zweiten Durchlass (42) der Nockenwelle (10) offen ist, abdichten.
Nockenwellenanordnung nach einem der Ansprüche 1 bis 15, dadurch gekennzeichnet, dass die Befestigungseinrichtung (121) einen ersten Flansch (128) zum Kontakt mit der Nabe (60) und einen zweiten Flansch (138) aufweist, der den ersten radialen Durchlass (80) der Nabe (60) an Abschnitten des ersten radialen Durchlasses (80) der Nabe (60), der zum ersten Durchlass (30) und zum zweiten Durchlass (42) der Nockenwelle (10) offen ist, abdichtet.
Nockenwellenanordnung nach einem der Ansprüche 1 bis 16, dadurch gekennzeichnet, dass der zweite Durchlass (42) eine zweite Verzweigung aufweist, die den Umfangsbereich (22) der Nockenwelle (10) mit der äußeren Stirnfläche (26) der Nockenwelle (10) verbindet.
Nockenwellenanordnung mit Flügelzellensteuerung für einen Kraftfahrzeugverbrennungsmotor, mit einer Nockenwelle (10), die einen Umfangsbereich (22) und eine äußere Stirnfläche (26) aufweist, wobei die Nockenwelle (10) einen ersten Durchlass (30) aufweist, der die Stirnfläche (26) mit dem Umfangsbereich (22) abseits der Stirnfläche (26) strömungsmäßig verbindet, wobei der erste Durchlass (30) eine axiale Längsbohrung (32) mit einem Gewindeabschnitt (36) aufweist, wobei die Nockenwelle (10) weiterhin in ihrer Längsrich tung einen zweiten Durchlass (42) aufweist, der von dem ersten Durchlass (30) strömungsmäßig getrennt ist; einer Nabe (60) mit einer Vorderseite zu einem Kontakt mit der Stirnfläche (26) entlang eines ringförmigen Stirnflächenbereiches der Nockenwelle (10) angrenzend an den Außendurchmesser der Nockenwelle (10), wobei die Nabe (60) eine zentrale Öffnung (68) mit verschiedenen Durchmessern aufweist, die den ersten und den zweiten Durchlass (30, 42) der Nockenwelle (10) schneidet, wobei die Nabe (60) einen ersten Satz von radialen Durchlässen (80) und einen zweiten Satz von radialen Durchlässen (82) aufweist, die die zentrale Öffnung (68) der Nabe (60) schneiden, wobei die ersten und die zweiten radialen Durchlässe (80, 82) voneinander axial beabstandet sind; einer Zeiteinstellungs-Kettenscheibe oder einer Zeiteinstellungs-Riemenscheibe, die an der Nabe (60) drehbeweglich bezüglich dieser angebracht ist, wobei die Zeiteinstellungs-Kettenscheibe oder die Zeiteinstellungs-Riemenscheibe einen Zahnabschnitt aufweist, der von einer Ebene geschnitten wird, die durch die Stirnfläche (26) der Nockenwelle hindurchgeht; einer Mehrzahl von Flügeln (88), die mit der Nabe (60) verbunden sind und sich von dieser nach außen erstrecken, wobei die Zeiteinstellungs-Kettenscheibe oder die Zeiteinstellungs-Riemenscheibe und die Nabe (60) Druckräume (104) abgrenzen, die jeweils durch einen der Flügel (88) in ein erstes Winkelsegment (108), das den ersten radialen Durchlass (80) der Nabe (60) schneidet, und ein zweites Winkelsegment (112), das den zweiten radialen Durchlass (82) der Nabe (60) schneidet, getrennt werden; einer Befestigungseinrichtung (121) mit einem Kopf (122) und einem Schaft (134), der sich vom Kopf (122) aus erstreckt, wobei der Kopf (122) der Befestigungseinrichtung (121) einen Abschnitt (124) zum Eingriff für einen Schraubenschlüssel und einen ersten Verschlussflansch (128) aufweist, wobei der Schaft (134) der Befestigungseinrichtung (121) sich schneidende axiale und radiale Bohrungen (140, 142) aufweist, die den ersten Durchlass (30) der Nockenwelle (10) mit dem ersten radialen Durchlass (80) der Nabe (60) verbinden, und der Kopf (122) der Befestigungseinrichtung (121) mit der Nabe (60) in Kontakt steht, um die Nabe (60) an der Nockenwelle (10) zu befestigen, und wobei der erste Verschlussflansch (128) der Befestigungseinrichtung (121) die zentrale Öffnung (68) der Nabe (60) an einem äußersten Ende abdichtet, wobei der Schaft (134) der Befestigungseinrichtung (121) weiterhin einen zweiten Verschlussflansch (138) aufweist; und einer Federscheibe (150), die Kontaktflächen zwischen dem zweiten Verschlussflansch (138) der Befestigungseinrichtung (121) und einer Schulter (139) der zentralen Öffnung (68) der Nabe (60) ausbildet, um Abschnitte der zentralen Öffnung (68) der Nabe (60), die zum ersten radialen Durchlass (80) der Nabe (60) offen sind, von Abschnitten der zentralen Öffnung (68) der Nabe (60), die zum zweiten radialen Durchlass (82) der Nabe (60) offen sind, zu trennen.
Befestigungseinrichtung (121) zum Verbinden einer Nabe (60) mit einer variabel gesteuerten Nockenwelle (10) mit doppelter Ölzufuhr, wobei eine Zeiteinstellungs-Kettenscheibe oder eine Zeiteinstellungs-Riemenscheibe an der Nabe (60) befestigt ist, mit einem Kopf (122) mit einem ersten Verschlussflansch (128) zum Festklemmen der Nabe (60) an der Nockenwelle (10) und mit einem Schaft (134), der sich von dem Kopf (122) aus erstreckt und einen Gewindeabschnitt (136) für eine abdichtende Gewindebefestigung mit einer Gewindebohrung (36) in der Nockenwelle (10) aufweist, wobei der Schaft (134) eine axiale Bohrung (140) aufweist und die axiale Bohrung (140) von einer radialen Bohrung (142) geschnitten wird.
Befestigungseinrichtung nach Anspruch 19, dadurch gekennzeichnet, dass der Kopf (122) einen Abschnitt (124) zum Eingriff für einen Schraubenschlüssel aufweist.
Befestigungseinrichtung (121) nach Anspruch 19 oder 20, gekennzeichnet durch einen zweiten Verschlussflansch (138) an dem Schaft (134).
Befestigungseinrichtung (121) nach Anspruch 21, dadurch gekennzeichnet, dass die radiale Bohrung (142) einen Umfangsbereich (22) des Schafts (134) zwischen dem ersten und dem zweiten Verschlussflansch (128, 138) schneidet.