DE4007981C2 - - Google Patents

Description

Die Erfindung bezieht sich auf ein Ventilsteue­ rungssystem gemäß Oberbegriff des Patentanspruchs 1.

Ein derartiges Ventilsteuerungssystem ist aus der DE-OS 33 16 162 bekannt.

Die im Stand der Technik übliche, starre Verbindung zwischen der Nockenwelle und der Taktsteuerungs-Riemenscheibe führt dazu, daß Drehmomentänderungen, denen die Nockenwelle beim Lauf des Motors unterliegt, auf die Taktsteuerungs-Riemenscheibe weitergeleitet werden. Einerseits ist eine Verstellung des Relativwinkels zwischen der Nockenwelle und der Taktsteuerungs-Riemenscheibe die Folge und andererseits entsteht dann durch das Flankenspiel der Schrägzahnstirnräder ein lautes Geräusch.

Es ist die Aufgabe der vorliegenden Erfindung, ein Ventilsteuerungssystem gemäß dem Oberbegriff des Patentanspruchs 1 zu schaffen, bei dem diese Drehmomentänderungen absorbiert werden.

Diese Aufgabe wird durch die Merkmale im kennzeichnenden Teil des Patentanspruchs 1 gelöst.

Erfindungsgemäß wird ein Viskositätsdämpfer zwischen die Nockenwelle und die Taktsteuerungs-Riemenscheibe geschaltet. Dieser Viskositätsdämpfer dient der Aufnahme bzw. Absorption der Drehmomentänderungen, denen die Nockenwelle unterworfen ist.

Ein Vorteil der Erfindung liegt auch darin, daß die im Stand der Technik durch die ungedämpften Drehmomentänderungen entstehenden Geräusche vermieden werden.

Vorteilhafte Weiterbildungen lassen sich den Unteransprüchen entnehmen.

Weitere Merkmale wie auch die Vorteile der Erfindung werden aus der folgenden, auf die Zeichnungen Bezug nehmenden Beschrei­ bung von bevorzugten Ausführungsformen des Erfindungsgegen­ standes deutlich. Es zeigen:

Fig. 1 einen Axialschnitt einer einstellbaren Steuerventilein­ richtung für das regelbare Ventilsteuerungssystem gemäß der Erfindung;

Fig. 2 einen Längsschnitt einer Steuerventileinrichtung für das erfindungsgemäße Ventilsteuerungssystem;

Fig. 3 eine zu Fig. 2 gleichartige Schnittdarstellung einer weiteren Ausführungsform einer erfindungsgemäßen Steuerventileinrichtung;

Fig. 4 eine zu Fig. 1 gleichartige Darstellung einer weiteren Ausführungsform einer einstellbaren Ventilsteuerungs­ einrichtung.

Die Fig. 1 und 2 zeigen die erste Ausführungsform gemäß der Erfindung mit einer einstellbaren Ventilsteuerungseinrichtung 10 und einer Steuerventileinrichtung 100, die zusammen das Steuerungssystem bilden. Eine Nockenwelle 12 ist drehbar an einem Zylinderkopf 11 gelagert und in ihrem Inneren mit einem Ölkanal 13 versehen. Eine Taktsteuerungs-Riemenscheibe 16 wird drehbar auf der Nockenwelle 12 gehalten und weist ein äußeres Zahnrad 16a auf, das mit einem (nicht dargestellten) Zahnrie­ men an seiner Umfangsfläche kämmt. Eine Außenfläche eines zy­ lindrischen Körpers 16c der Taktsteuerungs-Riemenscheibe 16 ist mit einem äußeren Schrägzahnstirnrad 16d versehen.

Ein zylindrisches Kolbenelement 22 weist eine ringförmige Kehle 22a, ein äußeres Schrägzahnstirnrad 22b und ein inneres Schräg­ zahnstirnrad 22c auf, wobei letzteres mit dem äußeren Schräg­ zahnstirnrad 16d kämmt. Eine Feder 23 ist zwischen den Innen­ raum der ringförmigen Kehle 22a und die Taktsteuerungs-Riemen­ scheibe 16 eingefügt, wodurch das zylindrische Kolbenelement 22 (in Fig. 1) zur linken Seite hin belastet wird.

Ein Dämpfergehäuse 15 hat ein inneres Schrägzahnstirnrad 15b und einige in einem Flanschteil 15c ausgebildete ringförmige Labyrinthkehlen 15a. In einem Stegteil 16e der Taktsteuerungs- Riemenscheibe 16 sind einige ringförmige Labyrinthkehlen 16b ausgebildet, die den Labyrinthkehlen 15a gegenüberliegen und mit den Stegen zwischen diesen zusammenwirken. Die ringförmi­ gen Labyrinthkehlen 15a und 16b bilden einen Viskositätsdämp­ fer 17. Das Dämpfergehäuse 15 ist an der Nockenwelle 12 durch einige Einschlagzapfen 14 sowie eine Schraube 26 und eine ring­ förmige Platte 25 befestigt. Auf diese Weise ist das Dämpfer­ gehäuse 15 mit Bezug zur Nockenwelle 12 nicht drehbar.

Zwischen dem Dämpfergehäuse 15 und dem zylindrischen Kolbenele­ ment 22 liegt eine Ölkammer 24, die fluidseitig mit dem Ölka­ nal 13 in Verbindung steht.

An einem Kranzteil 16f der Riemenscheibe 16 ist über ein Dich­ tungselement 20 eine ringförmige Abdeckung 18 befestigt, die über ein Dichtungselement 19 mit dem Dämpfergehäuse 15 in An­ lage ist. Zwischen dem Dämpfergehäuse 15 und dem Stegteil 16e ist ein Dichtungselement 21 angeordnet. In dem Viskositäts­ dämpfer 17 enthaltenes viskoses Fluid kann auf diese Weise nicht nach außen durchsickern.

Der Ölkanal 13 steht fluidseitig mit einem Auslaß 103c der Steuerventileinrichtung 100 in Verbindung.

Diese Steuerventileinrichtung 100 enthält ein Ventilorgan 101 und eine Schaltmagneteinrichtung 102. Das Ventilorgan 101 wird von einem Gehäuse 103 und einem beweglichen Ventilkörper 104, der einen Ventilschieber darstellt, gebildet. Ein Einlaß 103a, eine Ringkehle 103b, der Auslaß 103c, eine Ringnut 103d und eine Ablauföffnung 103e sind in dem Gehäuse 103 ausgestal­ tet. Eine Fluidverbindung zwischen der Ringkehle 103b sowie dem Auslaß 103c wird durch eine in dem Gehäuse 103 ausgebil­ dete winzige, enge Bohrung 103f hergestellt. Eine Ringkehle 104a, eine Verbindungsöffnung 104b, eine Zentrumsbohrung 104c, eine Ringnut 104d und ein Verbindungsloch 104e sind in dem Ventilschieber 104 ausgebildet.

Der Einlaß 103a steht mit einer (nicht dargestellten) Hoch­ druckquelle für Öl in Verbindung, während die Ablauföffnung 103e an eine (nicht dargestellte) Ölwanne angeschlossen ist.

Bei der Schaltmagneteinrichtung 102 ist in ein Innenteil 107a, d.h. in eine Öffnung, eines Zylinderspulenkörpers 107 ein orts­ fester Kern 108 eingesetzt. Um den Spulenkörper 107 herum ist eine Spule 109 gewickelt. Ein äußeres Joch 106 ist um die Spule 109 herum angeordnet und magnetisch mit dem ortsfesten Kern 108 zusammengeschaltet. Das äußere Joch 106 wird von einem Joch 105 und einem Gehäuse 110 gelagert, in welchem Leiter durch Kunstharz befestigt sind. Ein Ende der Leiter 111 ist mit der Spule 109 verbunden, während die anderen Leiter-Enden an eine Zentralverarbeitungseinheit (ZE) 112 angeschlossen sind.

Der Ventilschieber 104, der einen bewegbaren Kern der Schalt­ magneteinrichtung 102 bildet, das Joch 105, das äußere Joch 106 und der ortsfeste Kern 108 sind aus einem magnetischen Material gefertigt.

Das Joch 105 hat ein Loch 105a und ist am Gehäuse 103 über ein Biegeteil 105b befestigt. In das Loch 105a und das Innen­ teil 107a ist das rechte Ende des Ventilschiebers 104 einge­ setzt. Ein Freiraum 113 ist zwischen dem Ventilschieber 104 und dem angrenzenden Joch 105 sowie dem Spulenkörper 107 ab­ gegrenzt.

Ein rechtes, kegelförmig ausgenommenes Ende 104f des Ventil­ schiebers 104 liegt dem linken, konischen Ende 108a des orts­ festen Kerns 108 gegenüber. Zwischen die Enden 104f und 108a ist eine Feder 114 eingefügt.

Ein Drehzahlsignal 115, ein Lastsignal 116 und ein Wasser­ temperatursignal 117 des Motors werden der ZE 112 eingegeben, die an die Spule 109 einen Strom zu deren Erregung abgibt.

Im folgenden wird die Arbeitsweise des einstellbaren Ventil­ steuerungssystems in der ersten Ausführungsform erläutert.

Die Antriebskraft des Motors wird durch den Zahnriemen auf die Taktsteuerungs-Riemenscheibe 16 zu deren Drehung übertra­ gen. Durch das äußere Schrägzahnstirnrad 16d, das innere Schrägzahnstirnrad 22c, das zylindrische Kolbenelement 22, das äußere Schrägzahnstirnrad 22b, das innere Schrägzahnstirn­ rad 15b, das Dämpfergehäuse 15 und die Einschlagzapfen 14 wird die Drehung der Riemenscheibe 16 auf die Nockenwelle 12 übertragen.

Demzufolge werden ein (nicht dargestelltes) Einlaß- und Aus­ laßventil durch einen (nicht dargestellten) Nocken an der Nok­ kenwelle 12 betätigt. Der Auslaß 103c steht mit der Ablauf­ öffnung 103e über die Ringnut 103d, die Ringnut 104d, die Verbindungsöffnung 104b und die Zentrumsbohrung 104c in Ver­ bindung. Auf diese Weise wird der Öldruck nicht an die Ölkam­ mer 24 gelegt, so daß das zylindrische Kolbenelement 22 durch die Feder 23 (in Fig. 1) nach links hin belastet wird. Demzu­ folge ist die Ventilsteuerung jeweils bestimmt.

In diesem bestimmten Zustand der Ventilsteuerung nimmt die Riemenscheibe 16 die Drehmomentänderung von der Nockenwelle 12 über das zylindrische Kolbenelement 22 auf. Durch die Funk­ tion der Schrägzahnstirnräder 15b, 22b, 22c und 16d besteht die Gefahr einer Änderung des Relativwinkels zwischen der Taktsteuerungs-Riemenscheibe 16 und der Nockenwelle 12. Jedoch absorbiert der Viskositätsdämpfer 17 die Drehmomentän­ derung, d.h., der große Scherwiderstand auf seiten des visko­ sen Fluids zwischen den ringförmigen Labyrinthkehlen 15a sowie 16b absorbiert die Drehmomentänderung. Deshalb wird der Rela­ tivwinkel zwischen der Taktsteuerung-Riemenscheibe 16 und der Nockenwelle 12 nicht verändert.

Wenn sich nun der Zustand des Motors ändert, d.h., die Dreh­ zahl oder die Last des Motors und damit dessen Wassertempera­ tur einer Änderung unterliegt, so ist es erwünscht, daß auch die Taktsteuerung der Einlaß- und Auslaßventile verändert wird, weil die Menge der angesaugten Luft, die der Motor benö­ tigt, sich entsprechend dem Betriebszustand des Motors eben­ falls ändert.

Zu diesem Zeitpunkt gibt die ZE 112 durch den Leiter 111 einen Erregerstrom zur Spule 109 hin ab, wodurch ein Magnetfluß in der Spule 109, im äußeren Joch 106, im Joch 105, im Ventil­ schieber 104 und im ortsfesten Kern 108 hervorgerufen wird. Dadurch wird der Ventilschieber 104 gegen die Druckkraft der Feder 114 nach rechts (in Fig. 2) bewegt.

Folglich wird die Fluidverbindung zwischen dem Auslaß 103c und der Ablauföffnung 103e unterbrochen, während eine solche Verbindung zwischen dem Einlaß 103a und dem Auslaß 103c herge­ stellt wird. Öl fließt unter hohem Druck von der Hochdruck- Ölquelle zur Ölkammer 24 durch die Steuerventileinrichtung 100 und den Ölkanal 13.

Wegen des Eintretens von Hochdrucköl in die Ölkammer 24 wird das zylindrische Kolbenelement 22 nach rechts gegen die Druck­ kraft der Feder 23 bewegt. Auf diese Weise wird durch die Funktionen der Schrägzahnstirnräder 15b, 22b, 22c und 16d der Relativwinkel zwischen der Taktsteuerungs-Riemenscheibe sowie der Nockenwelle 12 geändert, so daß auch die zeitliche Steue­ rung der Einlaß- und Auslaßventile einer Änderung unterliegt.

Wird eine Änderung in der Ventilsteuerung der Ein- und Aus­ laßventile nicht gewünscht oder gefordert, so unterbricht die ZE 112 die Zufuhr eines Erregerstroms. Auf diese Weise ver­ schwindet der Magnetfluß, so daß der Ventilschieber 104 ent­ sprechend der Druckkraft der Feder 114 nach links bewegt wird, die Fluidverbindung zwischen dem Auslaß 103c sowie der Ablauf­ öffnung 103e wiederhergestellt und die Fluidverbindung zwi­ schen dem Einlaß 103a sowie dem Auslaß 103c unterbrochen wird.

Demzufolge fließt Öl von der Ölkammer 24 durch den Ölkanal 13 und die Steuerventileinrichtung 100 zur Ölwanne, so daß das zylindrische Kolbenelement 22 durch die Druckkraft der Feder 23 nach links bewegt wird. Damit wird der Relativwinkel zwischen der Taktsteuerungs-Riemenscheibe 16 und der Nockenwel­ le 12 zu seinem ursprünglichen Zustand zurückgeführt, womit auch die Taktsteuerung der Einlaß- und Auslaßventile in den ursprünglichen Zustand wieder gelangt.

Hierbei fließt eine geringe Menge an Hochdrucköl in die Ring­ kehle 103b sowie durch die enge Bohrung 103f zum Auslaß 103c, so daß ein Einmischen einer Blase nicht auftritt.

Die erste Ausführungsform gemäß der Erfindung bietet eine Reihe von Vorteilen, wie aus dem Folgenden deutlich wird.

Die Drehmomentänderung der Nockenwelle 12 wird durch den Visko­ sitätsdämpfer 17 aufgenommen, der eine kompakte Ausbildung und Größe aufweist, so daß auch die Ventilsteuerungs­ einrichtung 10 eine gedrängte Abmessung erhält. Ferner absorbiert der Viskositätsdämpfer 17 ein Spiel oder einen Totgang zwischen dem Schrägzahnstirnrad 15b sowie dem Schräg­ zahnstirnrad 22b und zwischen dem Schrägzahnstirnrad 22c sowie dem Schrägzahnstirnrad 16d. Deshalb wird innerhalb dieser Schrägzahnstirnräder 15b, 22b, 22c und 16d kein Geräusch erzeugt. Ferner kann die Steifigkeit oder Konstante der Feder 23 klein sein, so daß das zylindrische Kolbenelement 22 durch einen niedrigen Öldruck bewegt werden kann, denn bei einer niedrigen Drehzahl des Motors ist auch der Öldruck gering. Insofern wird der Betrieb des einstellbaren Ventilsteuerungs­ systems nicht durch die Drehzahl des Motors beeinflußt. Ferner ist das Ansprechverhalten dieses Ventilsteuerungssystems schnell.

Die Fig. 3 zeigt eine Ventilsteuereinrichtung 200 in einer zweiten Ausführungsform gemäß der Erfindung, wobei lediglich die zur ersten Ausführungsform unterschiedliche Konstruktion im folgenden erläutert wird.

Die Steuerventileinrichtung 200 umfaßt ein Ventilorgan 201 und eine Schaltmagneteinrichtung 202. Das Ventilorgan 201 wird von einem Gehäuse 203 und einem beweglichen Ventilkörper (Ven­ tilschieber) 204 gebildet. Das Gehäuse 203 weist einen Auslaß 203a, eine Ablauföffnung 203b und eine Kammer 203c, in welcher am Gehäuse 203 ein erster Ventilsitz 203d ausgebildet ist, auf. Durch einen Haltering 206 ist in die Kammer 203c ein Ventilsitzkörper 205 ortsfest eingesetzt. Ein Einlaß 205a und ein zweiter Ventilsitz 205b sind an dem Körper 205 ausgebildet. Zwischen der lnnenumfangsfläche des Gehäuses 203 und der Außen­ umfangsfläche des Ventilsitzkörpers 205 liegt ein Dichtungs­ ring 207.

Der Ventilschieber 204 umfaßt einen Schaft 208, einen Ventil­ teller 209, eine Manschette 210 und eine Blattfeder 211. Der Ventilteller 209 ist mit einem Loch 209a versehen, in welchem das eine Ende des Schafts 208 befestigt ist. Im Schaft 208 ist in dessen axialer Richtung eine Zentrumsbohrung 208a ausge­ staltet, und der Schaft 208 weist eine in radialer Richtung verlaufende Verbindungsöffnung 208b auf. Das andere Ende des Schafts 208 ist mit einem bewegbaren Kern 212 fest verbunden. Der Innenumfangsabschnitt der Blattfeder 211 wird zwischen der Manschette 210 und der Stirnseite des bewegbaren Kerns 212 gehalten und durch einen Ringbund 208c des Schafts 208 befestigt.

Die Schaltmagneteinrichtung 202 umfaßt den bewegbaren Kern 212, einen ortsfesten Kern 213, eine Feder 214, einen Spulen­ körper 215, eine Spule 216, ein Gehäuse 217, ein äußeres Joch 218 und ein Joch 219. Die Spule 216 ist auf den mit einer zentralen Öffnung 215a versehenen Spulenkörper 215 gewickelt. Das Gehäuse 217 ist an den Spulenkörper 215, um den die Spule 216 gewickelt ist, angeformt und hat ein Anschlußteil 217a. Das äußere Joch 218 ist am äußeren Teil des Gehäuses 217 ange­ ordnet und mit dem ortsfesten Kern 213 magnetisch verbunden. Der ortsfeste Kern 213 ist in die zentrale Öffnung 215a ein­ gesetzt und durch das eine Ende des äußeren Jochs 218 befe­ stigt. Die Feder 214 liegt zwischen dem bewegbaren Kern 212 und einem im ortsfesten Kern 213 ausgebildeten Sackloch 213a. Das Joch 219 legt das andere Ende des äußeren Jochs 218 fest und hat ein Zentrumsloch 219a, in das der bewegbare Kern 212 eingesetzt ist.

Der Außenumfangsabschnitt der Blattfeder 211 wird zwischen dem Gehäuse 203 und dem Joch 219 gehalten, wobei das Gehäuse 203 an die eine Stirnfläche des Jochs 219 fest angesetzt ist.

Durch die Blattfeder 211, den bewegbaren Kern 212 und das Joch 219 wird eine Kammer 220 umschlossen. Der bewegbare Kern 212 weist eine in dessen radialer Richtung verlaufende Verbindungs­ öffnung 212a auf, die mit der Verbindungsöffnung 208b zusam­ menfällt. Dadurch wird eine Fluidverbindung zwischen dem Einlaß 205a und der Kammer 220 über die Zentrumsbohrung 208a, die Verbindungsöffnung 208b und die Verbindungsöffnung 212a herge­ stellt.

Das Anschlußteil 217a ist mit der ZE 112 verbunden, was gleich der ersten Ausführungsform der Steuerventileinrichtung 100 gemäß der Erfindung ist.

Die Arbeitsweise der Steuerventileinrichtung 200 gemäß der zweiten Ausführungsform ist im allgemeinen dieselbe, wie vor­ her beschrieben wurde, so daß lediglich Unterschiede zu erläutern sind.

Das durch den Betrieb des Motors erzeugte Hochdrucköl wird in den Einlaß 205a eingeführt, wobei es durch die Zentrumsboh­ rung 208a, die Verbindungsöffnung 208b und die Verbindungs­ öffnung 212a in die Kammer 220 gelangt.

Wenn die Spule 216 keinen Erregerstrom von der ZE 112 emp­ fängt, so ist die Lageanordnung der Teile der Steuerventilein­ richtung 200 diejenige, die in Fig. 3 gezeigt ist, d.h., der Ventilteller 209 liegt am zweiten Ventilsitz 205b an, wodurch der Auslaß mit der Ablauföffnung 203b in Verbindung steht.

Wenn die Spule 216 einen Erregerstrom empfängt, so wird der bewegbare Kern durch die Magnetkraft gegen die Druckkraft der Feder 114 nach rechts bewegt, wobei auch der Ventilschieber eine Bewegung nach rechts ausführt. Dadurch wird der Ventil­ teller 209 vom zweiten Ventilsitz 205b abgehoben und mit dem ersten Ventilsitz 203d zur Anlage gebracht.

Demzufolge steht der Einlaß 205a fluidseitig mit dem Auslaß 203a in Verbindung. Hierbei übt der Öldruck vom Einlaß 205a sowohl einen Druck auf den Ventilteller 209 als auch die Blatt­ feder 211 aus, so daß die Bewegung des Ventilschiebers 201 nicht durch den Öldruck beeinflußt wird.

Bei dieser Ausführungsform der Steuerventileinrichtung 200 werden ebenfalls die Vorteile erlangt, die der ersten Ausfüh­ rungsform eigen sind.

Es wird nun auf die Fig. 4 Bezug genommen, die eine einstell­ bare Ventilsteuereinrichtung 300 in einer weiteren Ausführungs­ form gemäß der Erfindung zeigt, wobei im folgenden lediglich zur ersten Ausführungsform unterschiedliche Ausbildungen erläu­ tert werden.

Einige ringförmige Labyrinthkehlen 318a sind in der ringförmi­ gen Abdeckung 18 ausgebildet, während einige ringförmige Laby­ rinthkehlen 327a in einem am Dämpfergehäuse 15 befestigten Bau­ teil 327 ausgestaltet sind.

Auch bei dieser Ausführungsform werden die bereits erwähnten Vorteile erreicht.

Es ist hervorzuheben, daß die einstellbaren Ventilsteuerungs­ systeme durch die folgenden Kombinationen gebildet werden können:

• 1) Fig. 1 (veränderliche Steuerventileinrichtung) + Fig. 2 (Steuerventileinrichtung). Hierbei ist der Auslaß 103c fluid­ seitig mit dem Ölkanal 13 verbunden. Diese Kombination ist als erste Ausführungsform beschrieben.
• 2) Fig. 1 (einstellbare Ventilsteuereinrichtung) + Fig. 3 (Steuerventileinrichtung). Hier ist der Auslaß 203a fluidseitig mit dem Ölkanal 13 verbunden.
• 3) Fig. 4 (einstellbare Ventilsteuereinrichtung) + Fig. 2 (Steuerventileinrichtung). Hier ist der Auslaß 103c fluid­ seitig mit dem Ölkanal 13 verbunden.
• 4) Fig. 4 (veränderliche Ventilsteuereinrichtung) + Fig. 3 (Steuerventileinrichtung). Hier ist der Auslaß 203a fluid­ seitig mit dem Ölkanal verbunden.

Claims (3)

1. Ventilsteuerungssystem zur Veränderung des Relativwinkels zwischen einer Nockenwelle (12) und einer Taktsteuerungs-Riemenscheibe (16), zwischen denen ein von einer Seite unter Federvorspannung stehendes und von der anderen Seite mit Druck beaufschlagbares Kolbenelement (22) vorgesehen ist, welches mittels einer inneren (22c) und äußeren (22b) Verzahnung mit der Nockenwelle (12) und der Taktsteuerungs-Riemenscheibe (16) in Wirkverbindung steht, dadurch gekennzeichnet, daß zwischen der Nockenwelle (12) und der Taktsteuerungs-Riemenscheibe (16) ein Viskositätsdämpfer (17) geschaltet ist.

2. Ventilsteuerungssystem nach Anspruch 1, dadurch gekennzeichnet, daß der Viskositätsdämpfer (17) zwischen der Taktsteuerungs- Riemenscheibe (16) und einem Dämpfergehäuse (15) ausgebildet ist, das drehfest mit der Nockenwelle (12) verbunden ist.

3. Ventilsteuerungsystem nach Anspruch 1 oder 2, dadurch gekennzeichnet, daß der Viskositätsdämpfer (17) ringförmige Labyrinthkehlen (15a, 16b) umfaßt, die mit einem viskosen Fluid gefüllt sind.