DE4102755C2 - - Google Patents

Description

Die Erfindung bezieht sich allgemein auf eine Ventilsteuer­ vorrichtung für eine Brennkraftmaschine zur Einstellung der Öffnungs- und Schließzeiten eines Einlaß- und/oder Auslaß­ ventils in Abhängigkeit von den Brennkraftmaschinenbetriebs­ bedingungen. Insbesondere bezieht sich die Erfindung auf ei­ ne Ventilsteuervorrichtung zur Einstellung der Ventilöff­ nungs- und/oder Schließzeiten unter Gewährleisten einer gleich­ förmigen Schub- bzw. Axialbewegung einer Phaseneinstellein­ richtung.

Eine typische Auslegung einer üblichen, an sich bekannten Ven­ tilsteuervorrichtung ist in der US-PS 45 35 731 gezeigt. Bei der dort angegebenen Auslegungsform trägt eine Nockenwelle ein sich synchron mit der Nockenwelle drehendes Teil. Ferner ist ein Steuerkettenrad mechanisch mit einer Kurbelwelle über eine Steuerkette zur Ausführung einer synchronen Drehbewe­ gung mit der Brennkraftmaschinenumdrehung verbunden. Ein Zwi­ schengetriebeteil mit einer im allgemeinen zylindrischen Aus­ legungsform ist zwischen dem Steuerkettenrad und dem sich synchron mit der Nockenwelle drehenden Teil angeordnet. Das Zwischengetriebeteil hat eine Schrägverzahnung, die wenig­ stens auf dem inneren und dem äußeren Umfang desselben vorge­ sehen ist. Das Zwischengetriebeteil ist axial mittels einer hydraulischen Einrichtung verschiebbar, wodurch eine Phasen­ verschiebung zwischen der Kurbelwelle und der Nockenwelle bewirkt wird.

Bei der gezeigten Auslegungsform ist das Zwischengetriebe­ teil zwischen einer ersten Stellung und einer Ausgangsstel­ lung und einer zweiten Schiebestellung verschiebbar. In der ersten Stellung des Zwischengetriebeteils wird die Phasen­ zuordnung zwischen der Nockenwelle und der Kurbelwelle mit der Anfangsphasenzuordnung beibehalten. Wenn das Zwischen­ getriebeteil in die verschobene Stellung bewegt wird, än­ dert sich die Phasenzuordnung, um die Ventilsteuerzeiten in Relation zu der Brennkraftmaschinenumdrehung im Sinne einer Voreilung zu verstellen.

Eine Ventilsteuervorrichtung gemäß Oberbegriff des Anspruches 1 ist mit der DE 36 19 956 bekannt geworden. Diese bekannte Drehwinkelsteuerung weist ein mechanisches Verstellglied auf, um das Nockenwellenantriebsrad gegen­ über der Nockenwelle zu verstellen. Die Verstellung erfolgt mittels eines Kolbens, der entlang einer schiefen Ebene durch den Motoröldruck axial verschiebbar ist. Durch die axiale Verschiebung wird eine mit der Schrägverzahnung versehene Zahnhülse, auf der das Nockenwellenantriebsrad sitzt, verdreht.

Obgleich eine derartige Ventilsteuervorrichtung zweckmäßig ist, um in gewisser Weise das Brennkraftmaschinenbetriebs­ verhalten zu verbessern, ist jedoch das Leistungsverhalten bei dieser früher vorgeschlagenen Vorrichtung nicht in aus­ reichendem Maße zufriedenstellend, insbesondere im Hinblick auf das Ansprechverhalten. Insbesondere kann das Torsions­ moment, das auf die Nockenwelle ausgeübt wird, nicht kon­ stant gehalten werden. Vielmehr schwankt das Drehmoment der Nockenwelle periodisch beim Öffnen und Schließen des Ein­ laßventils und Auslaßventils. Diese Schwankung des Drehmo­ ments an der Nockenwelle wird auf das Zwischengetriebeteil übertragen. Dieses schwankende Drehmoment kann als ein Wi­ derstand gegenüber der Verschiebebewegung des Zwischengetrie­ beteils wirken, wodurch eine ruckweise Bewegung des Zwischen­ getriebeteils verursacht wird. Hierdurch wird in deutlicher Weise die Verschiebegeschwindigkeit des Zwischengetriebeteils verlangsamt, wodurch das Ansprechverhalten bei der Einstel­ lung der Phasenzuordnung der Nockenwelle bezüglich des Brenn­ kraftmaschinenumdrehungstaktes ungünstig wird.

Ausgehend von dem vorstehend erörterten Stand der Technik liegt der vorliegenden Erfindung die Aufgabe zugrunde, eine Ventilsteuervorrichtung für ein Kraftfahrzeug zu schaffen, bei welcher die Drehmomentschwankung an einer Nockenwelle keine Auswirkung auf die Ventilverstellung hat, wodurch insgesamt das Ansprechverhalten bei der Einstellung der Phasenzuordnung der Nockenwelle zur Dreh­ bewegung der Kurbelwelle verbessert wird.

Diese Aufgabe wird erfindungsgemäß durch den Gegenstand des Anspruches 1 gelöst.

Zu bevorzugende Weiterbildungen der Erfindung sind Gegenstand der Unteransprüche.

Die Steuereinrichtung kann eine elektromagnetische Betäti­ gungseinrichtung umfassen, die der Ventileinrichtung zuge­ ordnet ist, um selektiv die Fluidverbindung zwischen der Druck­ kammer und einem Rücklaufweg herzustellen und zu sperren.

Weitere Einzelheiten, Merkmale und Vorteile der Erfindung ergeben sich aus der nachstehenden Beschreibung einer bevor­ zugten Ausführungsform unter Bezugnahme auf die beigefügte Zeichnung.

Die einzige Figur der Zeichnung ist eine Schnittansicht einer bevorzugten Ausführungsform einer Ventilsteuervorrichtung nach der Erfindung.

Unter Bezugnahme auf die Figur wird nunmehr eine bevorzug­ te Ausführungsform einer Ventilsteuervorrichtung nach der Er­ findung erläutert, die im Zusammenhang mit einer Brennkraftma­ schine angegeben wird, die zwei obenliegende Nockenwellen hat. Jedoch kann die gleiche Konstruktion mit nur geringfügigen Abänderungen gegebenenfalls auch bei einer Brennkraftmaschine mit einer einzigen obenliegenden Nocken­ welle angewandt werden. Wie in der Zeichnung ge­ zeigt ist, ist eine Nockenwelle 1 mittels eines Nockenwellenlagers 2a eines Zylinderkopfs 2 drehbar gelagert. Ein im wesentli­ chen zylindrisches Drehteil 3 ist fest an einem axialen End­ abschnitt 1a der Nockenwelle 1 angebracht. Dieses zylindri­ sche Teil wird nachstehend als "inneres zylindrisches Teil" bezeichnet. Das zylindrische Drehteil 3 ist fest auf dem axialen Ende 1a der Nockenwelle 1 mit Hilfe einer Befestigungs­ schraube 4 angebracht. Eine Steuerkettenradanordnung 8 ist mit einer Kurbelwelle (nicht gezeigt) über eine Steuerkette zum synchronen Antrieb mit der Brennkraftmaschinenumlaufbewegung verbunden. Ein zylindrisches Teil 6 ist starr an dem Steuer­ kettenrad 5 zur Ausführung einer Drehbewegung mit demselben festgelegt. Das sich drehende, zylindrische Teil 6 ist mit ei­ ner Innenverzahnung versehen, wobei das zylindrische Teil nach­ stehend als ein "äußeres zylindrisches Teil" bezeichnet wird.

Das innere zylindrische Teil 3 hat einen Grundabschnitt 3a, der starr mit dem axialen Ende 1a der Nockenwelle 1 verbunden ist. Andererseits ist das zylindrische Drehteil 3 mit einer Au­ ßenverzahnung versehen. Das äußere zylindrische Teil 6 hat ei­ ne größere axiale Länge als der Abschnitt 3b des zylindri­ schen Drehteils 3. Die Steuerkettenradanordnung 5 weist das äußere zylindrische Teil 6 und ein Getriebeteil 8 auf, das starr und fest mit dem zylindrischen Teil mit Hilfe von Be­ festigungsschrauben 7 verbunden ist. Das Getriebeteil 8 hat eine Mittelöffnung 8a, durch die das axiale Ende 1a der Nocken­ welle 1 zur drehbaren Lagerung der Steuerkettenradanordnung eingesetzt ist. Ein kreisförmiger Ring 9 ist auf dem inneren Umfang des äußeren zylindrischen Teils 6 in der Nähe des axia­ len Endes festgeklemmt. Eine Halteplatte 10 ist an dem axialen Ende des äußeren zylindrischen Teils 6 zusammen mit einem Dichtungsring 11 mit Hilfe von Befestigungsschrauben 12 be­ festigt.

Zwischen den inneren und äußeren zylindrischen Teilen 3 und 6 ist eine zylindrische Getriebeanordnung 13 vorgesehen, die als ein Zwischengetriebe dient. Die zylindrische Getriebean­ ordnung 13 weist zwei wechselseitig im Abstand angeordnete Zahnradteile 13a und 13b auf. Die Zahnradteile 13a und 13b sind miteinander über eine Feder 14 und einen Verbindungs­ bolzen 15 verbunden. Auf den inneren und äußeren Umfangstei­ len der Getriebeteile 13a und 13b sind Schrägverzahnungen vorgesehen. Die innere Schrägverzahnung auf dem inneren Um­ fang des zylindrischen Getriebeteils 13 kämmt mit der Ver­ zahnung, die auf dem äußeren Umfang des inneren zylindri­ schen Teils 3b vorgesehen ist. Andererseits kämmt die äu­ ßere Schrägverzahnung auf dem äußeren Umfang der zylindri­ schen Getriebeanordnung 13 mit der inneren Verzahnung, die auf dem inneren Umfang des äußeren zylindrischen Teils 6 aus­ gebildet ist. Das axiale Ende des Getriebeteils 13a, das von dem Getriebeteil 13b entfernt liegt, liegt dem kreisför­ migen Ring 9 gegenüber, so daß eine Axialbewegung in der Figur in Richtung nach links dadurch begrenzt ist, daß das axiale Ende an dem kreisförmigen Ring anliegt. Andererseits liegt das axiale Ende des Getriebeteils 13b, das von dem Getriebe­ teil 13a entfernt liegt, einem ringförmigen Vorsprung 8b ge­ genüber, der sich von dem radialen Teil des Getriebeteils 8 in axialer Richtung erstreckt. Daher ist der Bewegungshub des zylindrischen Getriebeteils 13 in Richtung nach rechts durch die Anlage des axialen Endes des Getriebeteils 13b an dem ringförmigen Vorsprung 8b begrenzt.

Die zylindrische Getriebeanordnung 13 wird axial hin- und her­ gehend mit Hilfe einer Antriebseinrichtung angetrieben. Die Antriebseinrichtung umfaßt eine hydraulische Einrichtung, wel­ che die zylindrische Getriebeanordnung 13 nach rückwärts (in der Figur nach rechts) antreibt. Die hydraulische Einrichtung weist eine Druckkammer 16 auf, die zwischen dem kreisförmi­ gen Ring 9 und dem Getriebeteil 13a gebildet wird. Bei der dargestellten bevorzugten Ausführungsform wird die Druckkammer 16 dadurch gebildet, daß man eine Ausnehmung auf dem kreis­ förmigen Ring ausbildet. Die Druckkammer 16 ist mit einer Fluidpumpe 19 als eine Druckfluidquelle über eine hydraulische Leitung 17 verbunden. Andererseits ist eine mechanische Schraubenfeder 18 zwischen dem radialen Teil des Getriebe­ teils 8 und dem Getriebeteil 13b angeordnet.

Die hydraulische Leitung 17 umfaßt einen Zufuhrweg 21, der durch das Nockenlager 2a des Zylinderkopfs 2 geht. Der Zu­ fuhrweg 21 steht mit einem radialen Weg 20 über eine ringför­ mige Ausnehmung in Verbindung, die auf dem inneren Umfang des Nockenlagers ausgebildet ist. Der radiale Weg 20 steht mit einem axialen Weg 22 über eine Axialbohrung 22a in Verbin­ dung, die in dem Bodenteil der mit Gewinde versehenen Boh­ rung ausgebildet ist, in die die Befestigungsschraube 4 zum Befestigen des inneren zylindrischen Teils 3 an dem axialen Teil der Nockenwelle eingeschraubt ist. Der axiale Weg 22 steht mit einer axialen Öffnung 22b in Verbindung, die die Befestigungsschraube 4 durchsetzt. Die axiale Öffnung 22b mündet in einer Ausnehmung, die auf dem Schraubenkopf 4a ausgebildet ist. Die Ausnehmung des Schraubenkopfs 4a steht mit einer Kammer 3c in Verbindung, die in dem inneren zy­ lindrischen Teil 3 gebildet wird. Die Kammer 3c steht mit der Druckkammer 16 in Verbindung.

Gegebenenfalls ist ein elektromagnetisches Durchflußsteuer­ ventil in der hydraulischen Leitung 17 vorgesehen. In die­ sem Fall kann das Durchflußsteuerventil selektiv die Fluid­ verbindung zwischen der Fluidpumpe 19 und der Versorgungs­ leitung 21 oder einer Rücklaufleitung herstellen.

Eine Drucksteuereinrichtung 24 ist vorgesehen, um den Fluid­ druck in der Druckkammer 16 zu steuern. Die Drucksteuerein­ richtung 24 weist eine mit einem Boden versehene, zylindri­ sche Verlängerung 10a auf, die sich von dem inneren Umfang der Halteplatte 10 wegerstreckt. Ein Ventilkörper 25 ist in dem Innenraum der zylindrischen Verlängerung 10a zur Ausfüh­ rung einer Axialbewegung in demselben angeordnet. Der Ven­ tilkörper 25 ist mit einer elektromagnetischen Betätigungs­ einrichtung 26 verbunden.

Wie in der Figur gezeigt ist, ist der Ventilkörper 25 zum selektiven Herstellen und Sperren einer Fluidverbindung zwischen der Kammer 3c und dem Innenraum der zylindrischen Verlängerung 10a über eine Mehrzahl von radialen Öffnungen 10b beweglich, die in Umfangsrichtung an versetzt liegenden Stellen der zylindrischen Verlängerung 10a vorgesehen sind. Der Innenraum der Verlängerung 10a steht mit dem Innenraum 25a des Ventilkörpers 25 in Verbindung. Der Innenraum 25a steht auch mit dem konischen Auslaß über die Halteplatte 10 und die radiale Öffnung 10d in Verbindung während der Ventil­ körper 25 in der Anfangsstellung bleibt.

Das äußere Ende des Ventilkörpers 25 wirkt einem Kolben 26a der elektromagnetischen Betätigungseinrichtung 26 entgegen. Die elektromagnetische Betätigungseinrichtung 26 spricht auf ein elektrisches Steuersystem an, bei dem es sich in der Pra­ xis um ein EIN/AUS-Signal handelt. Wenn das Steuersignal ei­ nen HOHEN-Pegelwert (EIN) hat, wird die Betätigungseinrich­ tung 26 erregt, um den Kolben 26a von dem Gehäuse der Betä­ tigungseinrichtung vorzuschieben und den Ventilkörper 25 in der Zeichnung in Richtung nach rechts zu drücken. Wenn man den Ventilkörper 25 in Richtung nach rechts verschiebt, ver­ schließt der Ventilkörper die radialen Öffnungen 10b, um die Fluidverbindung zwischen der Kammer 3c und dem Innenraum 25a des Ventilkörpers 25 zu sperren. Hierdurch wird die Fluid­ verbindung der Kammer 3c mit der konischen Öffnung der Hal­ teplatte 10 gesperrt. Somit wird zu diesem Zeitpunkt das unter Druck stehende Fluid, das von der Fluidpumpe 19 zuge­ führt wird, in die Druckkammer 16 zur Erhöhung des Fluid­ drucks in derselben eingeleitet. Wenn andererseits das Steu­ ersignal einen NIEDRIGEN-Pegelwert (AUS) hat, bleibt die Betätigungseinrichtung 26 in ihrem entregten Zustand. In die­ sem Zustand bleibt der Ventilkörper 25 in der Ausgangsstel­ lung durch die Federkraft der Schraubenfeder 27. Somit blei­ ben die radialen Öffnungen 10b offen, um eine Fluidverbin­ dung zwischen der Kammer 3c und dem Innenraum des Ventil­ körpers 25 herzustellen.

Eine Einweg-Rückschlagventilanordnung 23 ist am Auslaß des axialen Weges 22 vorgesehen, welcher durch die Befesti­ gungsschraube 4 geht. Die Einweg-Rückschlagventilanordnung 23 weist ein Kugelventil 23a, eine Ventilfeder 23b, die ei­ ne Vorbelastungskraft auf die Ventilkugel ausübt, und ein ringförmiges Federsitzteil 24 auf, das stark an dem inneren Umfang der Schraubenkopfbohrung festgelegt ist. Die Ventil­ feder 23b belastet im Grundzustand die Ventilkugel 23a in Richtung des Auslasses des axialen Weges 22 zum Schließen des Auslasses mit einer vorbestimmten Kraft vor. Die Rück­ schlagventilanordnung 23, welche auf diese Weise ausgelegt ist, spricht auf den Fluidstrom von dem axialen Weg 22 zu der Kammer 3c an, und die Vorgabekraft wird überwunden, um ein Öffnen zu bewirken und zu ermöglichen, daß ein Strömungs­ weg bereitgestellt wird, und es wird der Fluidstrom von der Kammer 3c zu dem axialen Weg 22 gesperrt.

Beim tatsächlichen Betrieb bleibt das Drucksteuersignal auf einem NIEDRIGEN-Pegelwert, wenn die Brennkraftmaschinenbe­ lastung NIEDRIG ist. Zu diesem Zeitpunkt wird das Drucksteu­ ersignal mit dem NIEDRIGEN-Pegelwert an die Betätigungsein­ richtung 26 angelegt. Da das an die Betätigungseinrichtung 26 angelegte Steuersignal den NIEDRIGEN-Pegelwert beibehält, bleibt die Betätigungseinrichtung 26 entregt. Somit bleibt der Ventilkörper 25 in der Anfangsstellung, um eine Fluid­ verbindung zwischen der Kammer 3c und dem Innenraum 25a des Ventilkörpers herzustellen und eine Fluidverbindung über die radialen Wege 10d herzustellen. Somit wird das unter Druck stehende Fluid, das von der Fluidpumpe 19 zugeleitet wird, über den Auslaß der Halteplatte 10 abgegeben, um den Fluid­ druck in der Druckkammer 16 auf einem niedrigen Wert zu hal­ ten. Somit bleibt die zylindrische Getriebeanordnung 13 in der Stellung, in der sie auf dem Ringteil 9 aufsitzt. In dieser Stellung ist die Größe der Phasenvoreilung der Nocken­ welle 1 in Relation zu der Phase der Brennkraftmaschinenum­ laufbewegung auf einem minimalen Wert konstant gehalten. Daher wird die Ventilschließzeit relativ verzögert.

Wenn die Brennkraftmaschinenbelastung auf HOCH ansteigt, nimmt das Drucksteuersignal einen HOHEN-Pegelwert ein, um die Betätigungseinrichtung 26 zu erregen. Hierdurch wird der Ventilkörper 25 so verschoben, daß die Fluidverbindung zwischen dem konischen Weg und der Kammer 3c gesperrt wird. Somit wird das unter Druck stehende Fluid dem Druckfluid in der Druckkammer 16 zugeleitet, so daß der Fluiddruck da­ rin ansteigt. Als Folge hiervon nimmt der Fluiddruck in der Druckkammer 16 weiter zu, und das zylindrische Getriebe­ teil wird weiter verschoben, bis das Getriebeteil 13b in Kontakt mit dem ringförmigen Vorsprung 8b kommt. Die Pha­ senzuordnung der Nockenwelle in Relation zu dem Steuerket­ tenrad nimmt daher einen Zustand mit maximaler Voreilung ein.

Während der Bewegung der zylindrischen Getriebeanordnung 13 von der Stellung mit minimaler Voreilung zu der Stellung mit maximaler Voreilung ist die zylindrische Getriebeanordnung 13 der Drehmomentschwankung ausgesetzt, die über die Nocken­ welle 1 übertragen wird. Da die Bewegung der zylindrischen Getriebeanordnung eine Winkelverschiebung des zylindrischen Teils durch die Schrägverzahnung, die mit den inneren und äußeren Verzahnungen der äußeren und inneren zylindrischen Drehteile 6 und 3 kämmt, bewirkt, kann das Drehmoment in Gegenrichtung zu der Drehrichtung der zylindrischen Getrie­ beanordnung während der Bewegung in Phasenvoreilrichtung als ein Bewegungswiderstand dienen. Da jedoch das Einweg- Rückschlagventil 23 das Überströmen des Druckfluids zu dem axialen Weg 22 sperrt, kann der Fluiddruck in der Druckkam­ mer mit einem so ausreichend hohen Wert beibehalten werden, daß die Bewegung der zylindrischen Getriebeanordnung 13 aus­ geführt wird. Daher läßt sich ein Einfluß der von der Nocken­ welle eingehenden Drehmomentschwankung wirksam bei der Einstellphasenzuordnung der Nockenwelle in Relation zu der Brennkraftmaschinenumlaufbewegung unterdrücken.

Claims (3)

1. Ventilsteuervorrichtung für die Brennkraftmaschine eines Kraftfahrzeuges, mit:
einem von der Brennkraftmaschinenkurbelwelle angetriebenen und sich synchron mit ihr drehenden Teil (6);
einer Nockenwelle (1) zum Betätigen eines Einlaß- und/oder Auslaßventils der Brennkraftmaschine;
einem am Ende der Nockenwelle befestigten Element (3), das sich synchron mit der Nockenwelle (1) dreht;
einer Phaseneinstelleinrichtung (13), die zwischen dem drehenden Teil (6) und dem an der Nockenwelle (1) befestigten Element (3) zur Einstellung einer Drehphasenzuordnung zwischen diesen beiden Teilen angeordnet ist, um die Drehphase der Nockenwelle (1) relativ zur Kurbelwelle zu verstellen;
einer Steuereinrichtung (19, 17, 25, 16), um die Phaseneinstelleinrichtung (13) zwischen einer Stellung entsprechend einer vorbestimmten minimalen Voreilphase der Nockenwelle (1) in Relation zur Kurbelwelle und einer Stellung entsprechend einer vorbestimmten maximalen Voreilphase der Nockenwelle (1) in Relation zur Kurbelwelle zu verändern, wobei die Steuereinrichtung eine Druckkammer (16) in der Nähe der Phaseneinstelleinrichtung (13) zu deren Beaufschlagung mit einer Fluidkraft, ferner eine Fluiddruckquelle (19), die mit der Druckkammer (16) über eine Fluidleitung (17) verbunden ist, und eine Ventileinrichtung (25) umfaßt, die in der Fluidschaltung (17) angeordnet ist, wobei die Ventileinrichtung (25) zum Erhöhen und Herabsetzen des Fluiddruckes in der Druckkammer (16) betreibbar ist, dadurch gekennzeichnet,
daß am Fluideinlaß der Druckkammer (16) eine Einrichtung (23) zum Verhindern des Zurückströmens des Fluids von der Druckkammer (16) in die Fluidleitung (17) angeordnet ist.

2. Ventilsteuervorrichtung nach Anspruch 1, dadurch gekennzeichnet, daß die Einrichtung (23) während der durch die entsprechende Betätigung der Ventilleitung (25) erfolgenden Erhöhung des Fluiddruckes in der Druckkammer (16) wirksam wird.

3. Ventilsteuervorrichtung gemäß Anspruch 1, dadurch gekennzeichnet, daß die Einrichtung (23) eine Einweg-Rückschlagventilanordnung (23) aufweist, um eine Strömung des Druckfluides aus der Fluidleitung (17) in die Druckkammer (16) zu ermöglichen.