DE4135992A1 - Ventileinstellungs-steuervorrichtung fuer ein einlass- und/oder auslassventil einer verbrennungskraftmaschine - Google Patents

Description

Die Erfindung bezieht sich auf eine Ventileinstellungs- Steuervorrichtung für ein Einlaß- und/oder Auslaßventil, welche insbesondere zur Verwendung bei einer Verbrennungs­ kraftmaschine geeignet ist, und im speziellen auf eine Vor­ richtung oder ein System, welches variabel oder einstellbar die Steuerung des Einlaß- und/oder Auslaßventils in Ab­ hängigkeit von dem Betriebszustand der Maschine ermöglicht, beispielsweise in Abhängigkeit von der Größe der Maschinen­ last und/oder der Maschinendrehzahl.

Jüngst wurden vielfältige Steuersysteme zur Einstellung von Einlaß- und/oder Auslaßventilen von Verbrennungskraftmaschi­ nen vorgeschlagen und entwickelt, um eine optimale Maschi­ nenleistung in Abhängigkeit von dem Betriebszustand der Maschine zu erzeugen.

Wie allgemein bekannt ist, wird die Ventileinstellung so bestimmt, daß eine optimale Maschinenleistung erreicht wird, die vorbestimmte Ventileinstellung ist jedoch nicht in allen Betriebsbedingungen geeignet. Wenn beispielweise die Maschi­ ne in einem Betriebsbereich mit einer Drehgeschwindigkeit betrieben wird, kann ein höheres Drehmoment mit einer frü­ heren Einlaßventilsteuerung erzielt werden, als mit der vorbestimmten Ventileinstellung.

Ein derartiges konventionelles Ventileinstellsystem für ein Einlaß- und/oder Auslaßventil einer Verbrennungskraftmaschi­ ne wurde in der JP-OS 1-3 00 006 offenbart, welche zu der deutschen Anmeldung P 38 10 804.6 korrespondiert. Bei diesem konventionellen Ventileinstellungs-Steuersystem ist ein Mit­ nehmerzahnrad, welches eine Antriebsverbindung mit einer Kurbelwelle der Maschine hat, drehbar durch einen Ring-Zahn­ radmechanismus an dem vorderen Ende einer Nockenwelle gela­ gert. Der Ring-Zahnradmechanismus umfaßt ein Ringrad mit einem inneren verzahnten Bereich, welcher sich mit einem anderen verzahnten Bereich, der am Vorderende der Nocken­ welle ausgebildet ist, in Eingriff befindet, sowie einen äußeren verzahnten Bereich, welcher sich mit einem inneren verzahnten Bereich, der an der inneren Umfangsfläche des Mitnehmerzahnrades ausgebildet ist, in Eingriff befindet. Auf diese Weise befindet sich das Ringzahnrad drehbar in Eingriff zwischen dem Mitnehmerzahnrad und der Nockenwelle. Zumindest eines der beiden miteinander kämmenden Paare von Zahnrädern ist schraubenartig ausgebildet. Das führt zu dem Ergebnis, daß eine Axial-Verschiebebewegung des Ringrades relativ zu der Nockenwelle zu einer Drehung der Nockenwelle um das Mitnehmerzahnrad führt und deshalb der Phasenwinkel zwischen der Nockenwelle und dem Mitnehmerzahnrad (und folglich der Phasenwinkel zwischen der Nockenwelle und der Kurbelwelle) relativ verändert wird. Das Hohlrad wird axial bewegt durch die Druckdifferenz zwischen Arbeitsfluid­ drücken, welche auf zwei Druckkammern aufgebracht werden, welche jeweils an beiden Enden des Hohlrades in Verbindung mit der inneren Umfangswandung des Mitnehmerzahnrades und der äußeren Umfangswandung an dem vorderen Ende der Nocken­ welle ausgebildet sind. Es ist ein in zwei Positionen bring­ bares Steuerventil vorgesehen, um den Fluiddruck von einer Ölwanne durch eine Maschinen-Ölpumpe zu einer Druckkammer zuzuleiten, welche an einer Seite des Hohlrades ausgebildet ist, sowie zusätzlich einen Fluiddruck von der anderen Druckkammer, welche an der anderen Seite des Hohlrades ausgebildet ist, zu der Ölwanne der Maschine abzuleiten. Der vorgenannte Hydraulikkreis korrespondiert mit einem Ölzu­ führ-Hydraulikkreis, wobei der letztere Hydraulikkreis mit einem Ölableitungs-Hydraulikkreis korrespondiert. Sowohl der Ölzuführkreis als auch der Ölablaßkreis sind über das oben genannte Steuerventil mit den Druckkammern verbunden. Eine Spule, welche verschiebbar in dem zwei Betriebsstellungen aufweisenden Steuerventil eingeschlossen ist, ist mittels einer elektromagnetischen Betätigungseinrichtung umschalt­ bar, welche an einer Umschalte-Abdeckung angebracht sind. Die Steuerventilanordnung und die elektromagnetische Betäti­ gungsanordnung sind koaxial zueinander ausgerichtet. Der Kolben ist direkt mit dem Schieber verbunden, um das Steuerventil zwischen zwei Betriebsstellungen zu betreiben.

Bei der vorbeschriebenen Ausgestaltungsform kann das be­ kannte Ventileinstellungs-Steuersystem eine hervorragende Sprungwiedergabe sowie einen relativ breiten einstellbaren Bereich der Ventileinstellung bereitstellen. Da jedoch die elektromagnetische Betätigungsreinrichtung im wesentlichen in der Nähe des Vorderendes der Nockenwelle angeordnet ist, ergibt sich eine Zunahme der Gesamtlänge des Ventileinstell­ systems, was dazu führt, daß die gesamten Maschinenabmessun­ gen und das Maschinengewicht vergrößert werden. Deshalb kann die Ausgestaltung der Verbrennungskraftmaschine in dem Motorraum begrenzt sein.

Der Erfindung liegt die Aufgabe zugrunde, ein Ventileinstel­ lungs-Steuersystem für ein Einlaß- und/oder Auslaßventil einer Verbrennungskraftmaschine zu schaffen, welche geringe Abmessungen aufweist, welches eine einfache Ausgestaltung einer Unteranordnung zur Einstellung des Phasenwinkels umfaßt und bei welchem die Unteranordnung an dem vorderen Ende einer Nockenwelle so anbringbar ist, daß der Phasen­ winkel zwischen der Nockenwelle und dem Mitnehmerzahnrad einstellbar ist.

Erfindungsgemäß wird die Aufgabe durch die Merkmale des Hauptanspruches gelöst, die Unteransprüche zeigen weitere vorteilhafte Ausgestaltungen der Erfindung.

Gemäß einem Aspekt der vorliegenden Erfindung umfaßt ein Ventileinstellungs-Steuersystem für ein Einlaß- und/oder Auslaßventil einer Verbrennungskraftmaschine ein Hohlrad­ element, welches zwischen einem drehbaren Element, das sich in Antriebsverbindung mit einer Nockenwelle der Maschine befindet, und einer Nockenwelle zur Einstellung des Phasen­ winkels zwischen dem drehbaren Element und der Nockenwelle befindet, sowie einen Antriebsmechanismus, welcher vorge­ sehen ist, um antriebsmäßig das Hohlradelement über einen Fluiddruck zu steuern, welcher von dem Betriebszustand der Maschine abhängt. Der Antriebsmechanismus umfaßt einen ersten Hydraulikkreis zur Erzeugung einer Axialbewegung des Hohlradelements in einer axialen Richtung der Nockenwelle, einen zweiten Hydraulikkreis zur Erzeugung der anderen Axialbewegung des Hohlradelements in der gegengerichteten Axialrichtung der Nockenwelle. In der Nockenwelle sind Um­ schaltmittel angeordnet, um selektiv von dem ersten und zweiten Hydraulikkreis zu dem anderen Hydraulikkreis umzu­ schalten, zusätzlich sind Fluiddruck-Steuermittel vorgese­ hen, um einen Steuer-Fluiddruck in Abhängigkeit von dem Betriebszustand der Maschine zu erzeugen, um die Umschalt­ mittel über den Steuerfluiddruck zu steuern.

Gemäß einem weiteren Aspekt der vorliegenden Erfindung umfaßt ein Steuersystem zur Ventileinstellung eines Einlaß- und/oder Auslaßventils einer Verbrennungskraftmaschine ein Hohlradelement, welches zwischen einem drehbaren Element, welches sich in Antriebsverbindung mit einer Nockenwelle der Maschine befindet, und einer Nockenwelle zur Einstellung des Phasenwinkels zwischen dem drehbaren Element und der Nocken­ welle angeordnet ist, sowie einen Antriebsmechanismus, welcher zum antreibenden Steuern des Hohlradelementes über einen Fluiddruck vorgesehen ist, welcher von dem Betriebszu­ stand der Maschine abhängt. Der Antriebsmechanismus umfaßt einen ersten Hydraulikkreis zur Zuführung eines Arbeits­ fluids einer Öldruckquelle, welche das Arbeitsfluid zu einer ersten Druckkammer drückt, welcher an einem Ende des Hohl­ rades in Verbindung mit dem drehbaren Element und der Nockenwelle ausgebildet ist, und um das Arbeitsfluid von einer zweiten Druckkammer abzuleiten, welche an dem anderen Ende des Hohlradelementes in Verbindung mit dem drehbaren Element und der Nockenwelle vorgesehen ist, wobei das Zu­ rückleiten des Öls zu einer Ölwanne der Maschine erfolgt. Weiterhin ist ein zweiter Hydraulikkreis zur Zuführung des Arbeitsfluids von der Öldruckquelle zu einer zweiten Druck­ kammer vorgesehen, sowie zum Ablassen des Arbeitsfluids von der ersten Druckkammer in die Ölwanne. An der Nockenwelle sind Umschaltmittel vorgesehen, um selektiv entweder von dem ersten oder dem zweiten Hydraulikkreis zu dem jeweils ande­ ren Hydraulikkreis umzuschalten, sowie Fluiddruck-Steuer­ mittel zur Erzeugung eines Steuer-Fluiddrucks in Abhängig­ keit von dem Betriebszustand der Maschine, um die Umschalt­ mittel über den Steuer-Fluiddruck fernbedienen zu können.

Die Umschaltmittel umfassen ein in zwei Stellungen bring­ bares Steuerventil, welches koaxial an dem vorderen Ende der Nockenwelle angeordnet ist und mit dem ersten und dem zwei­ ten Hydraulikkreis verbunden ist. Die Fluiddruck-Steuer­ mittel können bevorzugterweise ein elektromagnetisches Ventil umfassen, welches an einem Zylinderkopf oder einem Zylinderblock der Maschine gelagert ist. Die Fluiddruck- Steuermittel können bevorzugterweise einen koaxialen Fluid­ kanal umfassen, welcher koaxial an dem vorderen Ende der Nockenwelle gebohrt ist, um den Steuerfluiddruck in einer zentrischen Axialrichtung des in zwei Positionen bringbaren Steuerventils aufzubringen.

Im folgenden wird die Erfindung anhand eines Ausführungs­ bespiels in Verbindung mit der Zeichnung beschrieben. Dabei zeigt:

Fig. 1A Eine Längs-Schnittansicht eines Ausführungsbei­ spiels eines Ventileinstellungs-Steuersystems für ein Einlaß- und/oder Auslaßventils einer Verbren­ nungskraftmaschine gemäß der vorliegenden Erfin­ dung, wobei sich das Steuerventil in der rechten Endstellung befindet,

Fig. 1B eine Längs-Schnittansicht wie Fig. 1A, wobei sich das in zwei Stellungen bringbare Steuerventil in der linken Endstellung befindet,

Fig. 2 eine perspektivische Darstellung eines Druckelemen­ tes, welches in Kontakt mit dem Schieber bringbar ist, welcher verschiebbar in dem Steuerventil ange­ ordnet ist, um die axiale Verschiebebewegung des Schiebers zu erzeugen.

In den Fig. 1A und 1B sind die Prinzipien der vorliegenden Erfindung anhand eines Steuersystems für die Ventileinstel­ lung eines Einlaß- und/oder Auslaßventils einer Verbren­ nungskraftmaschine dargestellt.

Die Fig. 1A und 1B zeigen den vorderen Endbereich einer Nockenwelle 2, welche vorgesehen ist, um ein nicht darge­ stelltes Einlaß- und/oder Auslaßventil zu öffnen und zu schließen. Die Nockenwelle 2 ist in einem Zylinderkopf 3 und einem Lagerelement 3a gelagert. Das Bezugszeichen 1 bezeich­ net ein äußeres zylindrisches Element, welches ein Mitneh­ merzahnrad 1a umfaßt, welches durch eine nicht dargestellte Steuerkette zur Übertragung von Drehmoment einer ebenfalls nicht gezeigten Kurbelwelle der Maschine angetrieben ist. Wie aus den Fig. 1A und 1B ersichtlich ist, sind das Mit­ nehmerzahnrad 1a und die Nockenwelle 2 koaxial zueinander angeordnet. Das äußere zylindrische Element 1 umfaßt einen relativ langen inneren verzahnten Bereich 1b, welcher sich axial längs der inneren Umfangswandung des Elements er­ streckt. Die Nockenwelle 2 umfaßt einen im wesentlichen ringförmigen Flansch 2a, welcher einstückig an dem vorderen Ende der Nockenwelle ausgebildet ist. Der ringförmige Flansch 2a umfaßt eine ringförmige, vordere flache Ober­ fläche. Das Bezugszeichen 4 bezeichnet eine innere zylindri­ sche Hülse, welche einstückig mit einem Ringflansch 4a aus­ gebildet ist, welcher eine ringförmige, flache rückseitige Fläche aufweist. Die Hülse 4 ist über den Flansch 4a mit dem Flansch 2a verbunden, um sich mit der Nockenwelle 2 so zu drehen, daß die flache rückseitige Fläche des Flansches 4a sich gegen die flache vordere Fläche des Flansches 2a ab­ stützt und die beiden Flansche mittels Bolzen 5 fest mit­ einander verbunden sind. Die Hülse 4 umfaßt einen äußeren verzahnten Bereich 4b, welcher an der äußeren Umfangsfläche der Hülse ausgebildet ist. Die Hülse 4 umfaßt weiterhin eine Bohrung 6, welche sich koaxial in dieser erstreckt, um ver­ schiebbar einen Schieber eines Steuerventils 18, welches nachfolgend im einzelnen beschrieben werden wird, aufzuneh­ men, sowie eine relativ kurze innere Bohrung 7, welche sich koaxial von der inneren Bohrung 6 aus erstreckt, um ver­ schiebbar ein Druckelement 35 zu umfassen. Die Hülse weist weiterhin einen ringförmigen Bereich 8 auf, welcher gleitend den rückwärtigen Endbereich des Schiebers lagert.

Zwischen dem äußeren zylindrischen Element 1 und der inneren zylindrischen Hülse 4 ist ein Hohlrad- oder Ringradmechanis­ mus 9 vorgesehen. Der Hohlradmechanismus 9 umfaßt ein Hohl­ rad, welches aus einem ersten Hohlradelement 9a und einem zweiten Hohlradelement 9b besteht. Das erste und das zweite Hohlradelement 9a und 9b sind so ausgebildet, daß sie ein relativ langes Hohlrad, welches äußere und innere verzahnte Bereiche 9c und 9d aufweist, durch Schneiden oder Schleifen in zwei Teile teilen. Deshalb weisen das erste und das zweite Hohlradelement 9a und 9b ebenfalls im wesentlichen dieselbe Geometrie bezüglich der inneren und der äußeren Verzahnung auf. Diese Hohlradelemente 9a und 9b sind über mehrere Verbindungsbolzen 10 miteinander verbunden, welche an dem zweiten Hohlradelement 9b durch die ringförmige Aus­ nehmung, welche im ersten Hohlradelement 9a gebildet ist, befestigt sind. Die ringförmige Ausnehmung ist üblicherweise mit einem elastischen Material gefüllt, wie etwa einer zy­ lindrischen Gummibuchse, welche durch Vulkanisierung be­ festigt ist. Alternativ dazu können, wie in Fig. 1A gezeigt, mehrere Schraubenfedern 11 in der ringförmigen Ausnehmung vorgesehen sein. Die Federn 11 sind durch die Köpfe der Verbindungsbolzen 10 gelagert, welche als Federsitze dienen. Wenn das erste und das zweite Hohlradelement 9a und 9b und die Verbindungsbolzen 10 zusammengebaut sind, sind das erste und das zweite Hohlradelement 9a und 9b so miteinander ver­ bunden, daß sie geringfügig von einander versetzt sind. Mit anderen Worten, die phasenwinkelmäßige Zuordnung zwischen den Hohlradelementen 9a und 9b ist so ausgebildet, daß sie in eine winkelmäßige Position eingestellt sind, welche geringfügig zu einer winkelmäßigen Position versetzt ist, bei welcher die Verzahnungslinien zwischen den beiden Hohl­ radelementen 9a und 9b exakt zueinander fluchten. Wie aus Fig. 1 zu entnehmen ist, kämmen, wenn das Hohlrad, das äußere zylindrische Element 1 und die Hülse 4 zusammengebaut sind, die inneren und äußeren verzahnten Bereiche 9c und 9d jeweils mit den inneren verzahnten Bereichen 1b des äußeren Zylinderelements 1 und dem äußeren verzahnten Bereich 4b der Hülse 4. Zumindest eines der miteinander kämmenden Paare von Zähnen (9c, 1b; 9d, 4b) ist schraubenförmig ausgebildet, um eine axiale Verschiebebewegung des Hohlrades relativ zu der Kurbelwelle 2 hervorzurufen.

Das vordere Ende des äußeren zylindrischen Elements 1 ist über einen Dichtungsring 12, wie etwa einen O-Ring, mittels einer im wesentlichen ringförmigen Endplatte 13 in wasser­ dichter Weise abgedeckt. Der innere Umfangsbereich der Endplatte 13 ist durch Verstemmen oder Preßsitz an der vorderen, ringförmigen Nabe der Hülse befestigt. Andererseits ist das rückwärtige Ende des äußeren zylindrischen Elements 1 durch dessen rückwärtige Bohrung 1c auf den äußeren Um­ fangsbereich des Flanschas 4a der Hülse 4 in wasserdichter Weise drehbar aufgesetzt. Die axiale Vorwärtsbewegung des ersten Hohlringelements 9a ist durch die Endplatte 13 so begrenzt, daß das vordere Ende des ersten Hohlradelements 9 sich gegen die innere Wandung der Endplatte 13 abstützt. Die axiale Rückwärtsbewegung des zweiten Hohlringelements 9b ist durch die Schulter 4d der Hülse 4 begrenzt. Das zweite Hohl­ radelement 9b umfaßt zwei ringförmige Rippen 14, welche an dem rückwärtigen Ende des Elements 9b eng nebeneinander angeordnet sind. Ein Dichtungsring 50 ist in die ringförmige Nut, welche durch die beiden ringförmigen Rippen 14 gebildet wird, eingesetzt. Bei diesen Ausgestaltungen werden eine erste eine zweite Druckkammer 16 zu beiden Enden des Dichtungsrings 50 ausgebildet. Eine Druckfeder 17 ist in die erste Druckkammer 15 so eingesetzt, daß sie normalerweise das zweite Hohlradelement 9b nach links (bezogen auf die Darstellung der Fig. 1A) vorspannt.

Der Schieber des Steuerventils 18 besteht aus 5 Bereichen, nämlich einen ersten Bereich, der erster Ventilbereich 18b ist, welcher in wasserdichter Weise verschiebbar in der inneren Bohrung gelagert ist, einem zweitem Bereich, welcher einen Bereich 18a mit geringerem Durchmesser ist, einem dritten Bereich, welcher ein zweiter Ventilbereich 18c, welcher in wasserdichter Weise verschiebbar in der inneren Bohrung 6 gelagert ist, einem vierten Bereich, welcher ein abgestufter Bereich 18d ist, der eine Schulter an seinem rückwärtigem Ende aufweist, sowie einem fünftem Bereich, welcher ein rückwärtiger Endbereich ist, welcher verschieb­ bar durch den ringförmigen Bereich 8 gelagert ist. Der Schieber ist normalerweise nach rechts (bezogen auf die Dar­ stellung der Fig. 1A) mittels einer Rückstellfeder 33, wie etwa einer Kompressionsschraubenfeder vorgespannt.

Wie oben beschrieben, wird die Phasenwinkel-Einstell-Unter­ anordnung des erfindungsgemäßen Ventil-Einstell-Steuer­ systems hauptsächlich durch das äußere zylindrische Element 1, die Hülse 4, den Hohlradmechanismus 9 und das Steuerven­ til 18 gebildet. Die Unteranordnung zur Einstellung des Phasenwinkels umfaßt weiterhin mehrere Arbeitsfluidkanäle.

Die oben beschriebenen Fluidkanäle werden im nachfolgenden anhand der Strömung des Öls beschrieben, welches von einer Ölwanne durch eine Ölpumpe 21 der Maschine, einen Haupt-Öl­ kanal 22, einen Ölzufuhrkanal 23, einen Ölzufuhrkanal, wel­ cher in dem Zylinderkopf 3 ausgebildet ist und das Lagerele­ ment 3a, und einen sich in Längsrichtung erstreckenden Öl­ kanal 24, welcher an dem vorderen Ende der Nockenwelle 2 ausgebildet ist, zu dem Steuerventil 18 zugeführt.

Die Fig. 1A zeigt einen ersten Betriebszustand des Steuer­ ventils 18, bei welchem der Schieber sich in der rechten Endstellung befindet. Die axiale, nach rechts gerichtete Bewegung des Schiebers wird durch eine Schulter 4c begrenzt, welche an dem inneren Umfangsbereich des Flansches 4a aus­ gebildet ist. In der rechten Endstellung des Steuerventils wird Arbeitsfluid von der Ölpumpe 21 durch die Hauptöllei­ tung 22, den Ölzufuhrkanal 23, den sich in Längsrichtung erstreckenden Ölkanal 24 und eine ringförmige Ölnut 25, welche in der inneren Bohrung 26 der Hülse 4 ausgebildet ist, zu einem zylindrischen Ölkanal 26 zugeführt, welcher zwischen den ersten und den zweiten Ventilbereichen 18b und 18c definiert ist, wobei die Ölzufuhr in dieser Reihenfolge erfolgt. Druckbeaufschlagtes Arbeitsfluid wird folglich durch einen radialen Ölkanal 27, welcher radial in der Hülse 4 in der Nähe des Flansches 4a gebohrt ist, zu der ersten Druckkammer 15 zugeführt. Andererseits wird Arbeitsfluid in der zweiten Kammer von einem radialen Ölkanal 28, welcher in einem im wesentlichen zentrischen Bereich der Hülse 4 gebohrt ist, durch einen ringförmigen Ablaßkanal 31, welcher zwischen der inneren Bohrung 6 und dem abgestuften Bereich 18d und dem rückwärtigen Endbereich des Steuerventils 18 ge­ bildet wird, eine radiale Öffnung 32, welche in dem abge­ stuften Bereich 18d gebohrt ist, einen zylindrischen Hohl­ raum 29, welcher in dem Schieber vorgesehen ist, und eine radiale Öffnung 30, welche in dem rückwärtigen Bereich der Hülse 4 gebohrt ist, in die Ölwanne (nicht dargestellt) ab­ gelassen, wobei das Ablassen in dieser Reihenfolge erfolgt. In der rechten Endstellung des Schiebers wirkt der erste Ventilbereich 18b, um die Verbindung zwischen den Ölkanälen 26 und 27 herzustellen, während der zweite Ventilbereich 18c die Verbindung zwischen den Ölkanälen 26 und 28 blockiert. Ein sich öffnendes Ende 29a des Schiebers ist durch die innere Umfangswandung des Flansches 4a und das Druckelement 35 geschlossen. Wie in Fig. 1A zu sehen ist, wird, wenn der Schieber in der rechten Endstellung gehalten wird, der Fluiddruck in der ersten Druckkammer 15 auf einem hohen Wert gehalten, während der Fluiddruck in der zweiten Druckkammer 16 niedrig gehalten wird, was zu dem Ergebnis führt, daß das Hohlrad in der linken Endstellung gehalten wird. Wenn die Maschine angehalten wird, wird das Hohlrad durch die Feder 17 in der linken Stellung festgehalten. Das bedeutet, daß die linke Endstellung des Hohlrades im wesentlichen mit einer Anfangsposition korrespondiert, bei welcher die Ven­ tileinstellung beginnt und die Ventileinstellung auf eine vorgegebene Bezugs-Ventileinstellung eingestellt wird, welche bei einem Betriebszustand der Maschine mit niedriger Belastung erforderlich ist.

Alternativ hierzu zeigt die Fig. 1B einen zweiten Zustand des Steuerventils 18, bei welchem der Schieber sich in einer linken Endstellung befindet. In der linken Endstellung des Steuerventils wird druckbeaufschlagtes Arbeitsfluid von der Ölpumpe 21 durch die Hauptölleitung 22, den Ölzufuhrkanal 23 und den sich längs erstreckenden Ölkanal 24 zu dem zylind­ rischen Ölkanal 26 des Steuerventils zugeführt. Druckbeauf­ schlagtes Arbeitsfluid in dem Ölkanal 26 wird folglich durch den Ölkanal 28 zu der zweiten Druckkammer 16 zugeführt. Andererseits wird Arbeitsfluid in der ersten Druckkammer 15 von dem Ölkanal 27 durch mehrere Freischnitte 35b des Druck­ elements 35, das sich öffnende Ende 29a, die zylindrische Ausnehmung 29 und die radiale Öffnung 30 (in dieser Reihen­ folge) zur Ölwanne abgeleitet. In der linken Endstellung, d. h. in der maximal möglichen linken Stellung des Schiebers wirkt der erste Ventilbereich 18b zur Blockierung der Ver­ bindung zwischen den Ölkanälen 26 und 27, während der zweite Ventilbereich 18c die Herstellung einer Verbindung zwischen den Ölkanälen 26 und 28 bewirkt. Wie aus Fig. 1B ersichtlich ist, wird, wenn der Schieber in der linken Endstellung ge­ halten wird, ein Fluiddruck in der ersten Druckkammer 15 niedrig gehalten, während der Fluiddruck in der zweiten Druckkammer 16 auf einem hohen Wert gehalten wird und als Folge das Hohlrad in der rechten Endstellung, d. h. in der maximal möglichen rechten Stellung gehalten wird.

Wie in Fig. 2 gezeigt, besteht das Druckelement 35 aus einem zylindrischen Bereich 35a und einem runden Bodenbereich 35c. In dem zylindrischen Bereich 35a sind mehrere Ausschnitte 35b ausgebildet. Der Bodenbereich 35c umfaßt eine flache, druckbeaufschlagte Oberfläche 35d, wie in den Fig. 1A und 1B gezeigt. Das Druckelement 35 wird von der in Fig. 1A gezeig­ ten rechten Endstellung in die in Fig. 1B gezeigte linke Endstellung in Abhängigkeit von einem Steueröldruck ver­ schoben, welcher durch ein Fluiddruck-Steuerventil 20 er­ zeugt wird. Der Steueröldruck wird durch einen Steuerölkanal 34, welcher mit dem Fluiddruck-Steuerventil 20 verbunden ist, der druckbeaufschlagten Oberfläche 35d des Druckele­ ments 35 zugeführt. In dem bevorzugten Ausführungsbeispiel umfaßt der Steuerölkanal 34 eine koaxiale Bohrung, welche längs der zentrischen Achse des vorderen Endes der Nocken­ welle 2 gebohrt ist, um in wirkungsvoller Weise den Steuer­ öldruck auf die druckbeaufschlagte Oberfläche 35d des Druck­ elements 35 aufzubringen. Der Steuerölkanal 34 umfaßt einen Steuerölzufuhrkanal, welcher nahe neben dem Ölzufuhrkanal des Steuerventils 18 in dem Zylinderkopf 3 gebohrt ist. Die koaxiale Bohrung und der Steuerölzufuhrkanal sind durch einen radialen Ölkanal, welcher in der Nockenwelle 2 ausge­ bildet ist, sowie einen ringförmigen Ölkanal, welcher durch den inneren Umfangs-Nutenbereich des Lagerelements 3a und den oberen Nutenbereich des Zylinderkopfes 3 in Verbindung mit der äußeren Wandung der Nockenwelle 2 gebildet wird, miteinander in Verbindung. Die zentrische Anordnung der ko­ axialen Bohrung, welche in dem Steuerölkanal 34 umfaßt ist, führt zu einer hohen Sprungwiedergabe bezüglich einer Schaltsteuerung des Steuerventils 18. Das bedeutet, daß eine Steuereinrichtung 19 für einen Arbeitsfluiddruck für das Steuerventil 18, das Fluiddruck-Steuerventil 20, den Steuer­ ölkanal 34 und das Druckelement 35 umfaßt.

Wie in Fig. 1A gezeigt, umfaßt das Fluiddruck-Steuerventil 20 bevorzugterweise ein elektromagnetisches Ventil, welches ein zylindrisches Ventilgehäuse 36, eine Erregerspule 37, einen magnetischen Kern 38, eine Kolbenstange 39, die mit dem magnetischen Kern 38 verbunden ist, sowie ein Spule 41, welche verschiebbar in eine Bohrung 40 aufgenommen ist, welche an dem vorderen Ende des Ventilgehäuses 36 ausgebil­ det ist. Wie aus der Zeichnung ersichtlich, bildet das vor­ dere Ende des elektromagnetischen Ventils 20 ein in zwei Stellungen bringbares Steuerventil. Aus diesem Grunde umfaßt das vordere Ende des Ventils 20 einen ersten Ölkanal 42, welcher mit der Hauptölleitung 22 verbunden ist, sowie einen zweiten Ölkanal 43, welcher mit dem Steuerölkanal 34 verbunden ist, sowie einen Ölablaßkanal 44. Die axiale nach links gerichtete Verschiebebewegung der Spule 41 wird durch eine Ringsbuchse 46 begrenzt, welche an dem vorderen Ende des Ventilgehäuses 36 mittels einer Federhalterung 45 be­ festigt ist. Der Schieber 41 wird normalerweise nach rechts (bezogen auf die Darstellung der Fig. 1A und 1B) mittels einer Rückholfeder 48 vorgespannt, beispielsweise einer Druckfeder. Der Schieber 41 ist mit der Kolbenstange 39 verbunden. Wenn die Erregerwicklung 37 aktiviert wird, wird der Schieber 41 in der linken Endstellung gegen die Feder­ kraft, welche durch die Feder 48 aufgebracht wird, in Über­ einstimmung mit der Verschiebebewegung des elektromagneti­ schen Kerns 38 und der Kolbenstange 39, wie aus Fig. 1B er­ sichtlich ist, positioniert. Wenn dem gegenüber die Erreger­ wicklung nicht aktiviert wird, wird der Schieber 41 in der rechten Endstellung positioniert, nämlich durch die Feder­ kraft, welche durch die Feder 48 aufgebracht wird, wie aus Fig. 1A ersichtlich ist. In der rechten Endstellung des Schiebers 41, welche in Fig. 1A gezeigt ist, dient der Schieber 41 dazu, eine Verbindung zwischen dem ersten und dem zweiten Ölkanal 42 und 43 zu blockieren und zusätzlich eine Verbindung zwischen dem zweiten Ölkanal 43 und dem Ablaßkanal 44 herzustellen. Andererseits dient der Schieber 41 in der Fig. 1B gezeigten linken Endstellung dazu, eine Verbindung zwischen dem ersten und dem zweiten Ölkanal 42 und 43 durch einen ringförmigen Ölkanal 47, welcher durch einen ringförmigen Hohlraum des Schiebers 41 und der Bohrung 40 gebildet wird, herzustellen und zusätzlich die Verbindung zwischen dem zweiten Ölkanal 43 und dem Ölablaßkanal 44 zu blockieren. Die Betätigung des elektromagnetischen Ventils 20 wird in Abhängigkeit von einem Steuersignal gesteuert, welches von einer Steuerung 49 erzeugt wird, welche Ein­ gangsinformationen verarbeitet, die den Betriebszustand des Motors wiedergeben, wobei derartige Informationen durch einen Kurbelwellen-Winkelsensor (nicht dargestellt) empfan­ gen werden, welcher den Kurbelwellenwinkel überwacht und einen Luftströmungsmesser (nicht dargestellt), welcher in einem Luftzufuhrkanal stromab eines nicht dargestellten Luftfilters angeordnet ist.

Bei dem erfindungsgemäßen Ventileinstellungs-Steuersystem für eine Verbrennungskraftmaschine ist bemerkenswert, daß das Steuerventil 18, welches in der Hülse 4 untergebracht ist, nicht direkt durch ein Fluiddruck-Steuerelement, wie etwa ein elektromagnetisches Betätigungselement, betätigt wird, sondern durch einen Steueröldruck fernbedient wird, welcher von einem anderen Fluiddruck-Steuerventil erzeugt wird, wie etwa einem in zwei Positionen bringbaren elektro­ magnetischen Ventil, welches an einer relativ frei wählbaren Stelle angebracht sein kann. Bevorzugterweise kann das elektromagnetische Ventil 20 in dem Zylinderkopf 3 oder einem nicht dargestellten Zylinderblock angeordnet sein. Weiterhin dient bei dem Ausführungsbeispiel Schmieröl der Verbrennungskraftmaschine als Arbeitsfluid sowohl für das Steuerventil 18 als auch das elektromagnetische Magnetventil 20.

Das erfindungsgemäße Ventileinstellungs-Steuersystem für eine Verbrennungskraftmaschine arbeitet wie nachfolgend beschrieben:
Wenn die Verbrennungskraftmaschine mit niedriger Last be­ trieben wird, ist das Steuersignal der vorgenannten Steue­ rung 49 in einem OFF-Zustand, was dazu führt, daß das elek­ tromagnetische Ventil 20 durch die Steuerung deaktiviert ist. Folglich verbleibt, wie in Fig. 1A gezeigt, die Kolbenstange 39 in ihrer innersten Stellung, was wiederum dazu führt, daß der Schieber 41 durch die Feder 38 in der Ölablaßstellung gehalten wird, d. h. in der rechten Endstel­ lung, in welcher ein Steueröldruck von der druckbeaufschlag­ ten Oberfläche 35d des Druckelements 35 derart abgelassen wird, daß das Öl von dem Steuerölkanal 34 durch den zweiten Ölkanal 43 und den Ablaßkanal 44 zur Ölwanne geleitet wird. Das führt zu dem Ergebnis, daß das Steuerventil 18 durch die Rückstellfeder 33 in der rechten Endstellung gehalten wird. Wie oben stehend im einzelnen beschrieben, wird in der ersten Druckkammer 15 der Druck hoch, während der Druck in der zweiten Druckkammer 16 niedrig wird, was wiederum dazu führt, daß das Hohlrad in der linken Endstellung gehalten wird. Somit wird der relative Phasenwinkel zwischen dem Mitnehmerzahnrad 1a und der Nockenwelle 2 auf einen vorbe­ stimmten Phasenwinkel eingestellt, bei welchem die Ventil­ einstellung des Einlaß- und/oder Auslaßventils relativ zu dem Kurbelwellenwinkel beginnt. Unter diesem Betriebszustand ist der Zeitpunkt, zu welchem die Ventile schließen, im wesentlichen in Bezug auf die Stellung des Kolbens in dem Zylinder verzögert, wodurch sich eine hohe Wirksamkeit bei der Beschickung der Luft-Kraftstoffmischung, welche durch das Einlaßventil in den Brennraum eingeführt wird, durch die Trägheit der Fluidmasse der eingeführten Mischung ergibt.

Wenn sich demgegenüber der Betriebszustand des Motors von einer niedrigen Belastung zu einer hohen Belastung verän­ dert, wird das von der Steuerung 49 erzeugte Steuersignal zu der Erregerwicklung 37 des elektromagnetischen Ventils 20 abgegeben, was dazu führt, daß das elektromagnetische Ventil 20 durch die Steuerung aktiviert wird. Deshalb wird, wie in Fig. 1B gezeigt, die Kolbenstange 39 in deren äußerste Stellung bewegt, was zu dem Ergebnis führt, daß der Schieber 41 von der rechten Endstellung in die linke Endstellung gegen die durch die Feder 48 aufgebrachte Federkraft bewegt wird, was wiederum dazu führt, daß der Steueröldruck auf die druckbeaufschlagte Oberfläche 35d des Druckelements 35 von der Ölpumpe 21 durch den ersten Ölkanal 42, den ringförmigen Ölkanal 47, den zweiten Ölkanal 43 und den Steuerölkanal 34 zugeführt wird. Das Steuerventil 18 wird durch das Druckele­ ment 35 weggedrückt und folglich gegen die Federkraft, welche durch die Feder 33 erzeugt wird, in der linken End­ stellung positioniert. Dies führt zu dem Ergebnis, daß der Druck in der ersten Druckkammer niedrig wird, während der Druck in der zweiten Druckkammer einen hohen Wert erreicht, was wiederum dazu führt, daß das Hohlrad in der rechten End­ stellung gehalten wird. Somit wird der Phasenwinkel zwischen dem Mitnehmerzahnrad 1a und der Nockenwelle 2 relativ auf einen vorbestimmten Phasenwinkel verändert, welcher zu einem optimalen Phasenwinkel bei hohen Last-Betriebsbedingungen der Maschine korrespondiert. Auf diese Weise wird der Zeit­ punkt der Öffnung des Ventils in Bezug auf die Stellung des Kolbens vorverlegt, woraus sich ein hoher Wirkungsgrad bei der Verbrennung ergibt, d. h. ein hohes Drehmoment des Motors durch eine hohe Wirksamkeit der Beschickung mit dem Kraft­ stoff-Luftgemisch.

Wie sich aus oben stehenden Erläuterungen ergibt, kann die Stellung des Hohlrades bei dem bevorzugten Ausführungsbei­ spiel sehr schnell verändert werden, da der Arbeitsfluid­ druck in einer der beiden Druckkammern 15 und 16 zwangsweise verstärkt wird und der Arbeitsfluiddruck in der anderen Druckkammer zwangsweise mittels des in zwei Stellungen bringbaren Steuerventils 18, welches in Abhängigkeit von dem Steueröldruck von dem Magnetventil 20 fernbetätigt wird, vermindert wird. Dies stellt eine hohe Sprungwiedergabe der Ventileinstellungs-Steuerung eines Einlaß- und/oder Auslaß­ ventils sicher.

Claims (8)

1. Ventileinstellungs-Steuervorrichtung für ein Einlaß- und/oder Auslaßventil einer Verbrennungskraftmaschine mit einem Hohlradelement (9), welches zwischen einem sich drehenden Element, welches in Antriebsverbindung mit einer Kurbelwelle der Maschine steht und einer Nockenwelle (2) zur Einstellung des Phasenwinkels zwi­ schen dem drehbaren Element und der Nockenwelle ange­ ordnet ist, einem Antriebsmechanismus, welcher zur an­ triebsmäßigen Steuerung des Hohlradelementes (9) über einen Fluiddruck in Abhängigkeit von dem Betriebszustand der Maschine vorgesehen ist, dadurch gekennzeichnet, daß der Antriebsmechanismus einen ersten Hydraulikkreis zur Erzeugung einer Axialbewegung des Hohlradelements (9) in einer axialen Richtung der Nockenwelle (2) umfaßt, sowie einen zweiten Hydraulikkreis zur Erzeugung der anderen Axialbewegung des Hohlradelements (9) in der gegenüber­ liegenden Axialrichtung der Nockenwelle (2), Umschalt­ mittel, die in der Nockenwelle (2) zur selektiven Um­ schaltung von einem der ersten oder zweiten Hydraulik­ kreise auf den anderen angeordnet sind, und Fluiddruck- Steuermittel zur Erzeugung eines Steuerfluiddruckes in Abhängigkeit von dem Betriebszustand der Maschine zur Steuerung der Umschaltmittel mittels des Steuerfluid­ drucks.

2. Vorrichtung nach Anspruch, dadurch gekennzeichnet, daß die Umschaltmittel ein in zwei Positionen bringbares Steuerventil (18) umfassen, welches an dem vorderen End­ bereich der Nockenwelle (2) angeordnet und mit dem ersten und dem zweiten Hydraulikkreis verbunden ist.

3. Vorrichtung nach Anspruch 1 oder 2, dadurch gekennzeich­ net, daß die Fluiddruck-Steuermittel ein Elektromagnet­ ventil (20) umfassen, welches an einem Zylinderkopf (3) oder einem Zylinderblock der Maschine gelagert ist.

4. Vorrichtung nach einem der Ansprüche 1 bis 3, dadurch gekennzeichnet, daß die Fluiddruck-Steuermittel einen koaxialen Fluidkanal umfassen, welcher an dem vorderen Endbereich der Nockenwelle (2) koaxial zur Aufbringung des Steuerfluiddruckes in einer zentralen axialen Rich­ tung des in zwei Positionen bringbaren Steuerventils (18) ausgebildet ist.

5. Ventileinstellungs-Steuervorrichtung für ein Einlaß- und/oder Auslaßventil einer Verbrennungskraftmaschine mit einem Hohlradelement (9), welches zwischen einem sich drehenden Element, welches in Antriebsverbindung mit einer Kurbelwelle der Maschine steht und einer Nockenwelle (2) zur Einstellung des Phasenwinkels zwi­ schen dem drehbaren Element und der Nockenwelle ange­ ordnet ist, einem Antriebsmechanismus, welcher zur an­ triebsmäßigen Steuerung des Hohlradelementes (9) über einen Fluiddruck in Abhängigkeit von dem Betriebszustand der Maschine vorgesehen ist, dadurch gekennzeichnet, daß der Antriebsmechanismus einen ersten Hydraulikkreis zur Zuführung von Arbeitsfluid von einer Öldruckquelle (21), welche das Arbeitsfluid mit Druck beaufschlagt, zu einer Druckkammer (15), welche an einem Endbereich des Hohl­ radelementes (9) in Verbindung mit dem drehbaren Element und der Nockenwelle (2) ausgebildet ist, und zum Ablas­ sen von Arbeitsfluid von einer zweiten Druckkammer (16), die an dem anderen Endbereich den Hohlradelementes (9) in Verbindung mit dem drehbaren Element und der Nocken­ welle (2) ausgebildet ist, zu einer Ölwanne der Maschi­ ne, umfaßt, sowie einen zweiten Hydraulikkreis zur Zu­ führung des Arbeitsfluids von der Öldruckquelle (21) zu der zweiten Druckkammer (16) und zum Ablassen des Ar­ beitsfluids von der ersten Druckkammer (15) in die Öl­ wanne, Umschaltmittel, die in der Nockenwelle (2) zum selektiven Umschalten von einem der ersten oder zweiten Hydraulikkreise zu dem anderen angeordnet sind, und Fluiddruck-Steuermittel zur Erzeugung eines Steuerfluid­ druckes in Abhängigkeit von dem Betriebszustand der Maschine zur Fernsteuerung der Umschaltmittel mittels des Steuerfluiddrucks.

6. Vorrichtung nach Anspruch 5, dadurch gekennzeichnet, daß die Umschaltmittel ein in zwei Positionen bringbares Steuerventil (18) umfassen, welches an dem vorderen End­ bereich der Nockenwelle (2) angeordnet und mit dem ersten und dem zweiten Hydraulikkreis verbunden ist.

7. Vorrichtung nach Anspruch 5 oder 6, dadurch gekennzeich­ net, daß die Fluiddruck-Steuermittel ein Elektromagnet­ ventil (20) umfassen, welches an einem Zylinderkopf (3) oder einem Zylinderblock der Maschine gelagert ist.

8. Vorrichtung nach einem der Ansprüche 5 bis 7, dadurch gekennzeichnet, daß die Fluiddruck-Steuermittel einen koaxialen Fluidkanal umfassen, welcher an dem vorderen Endbereich der Nockenwelle (2) koaxial zur Aufbringung des Steuerfluiddruckes in einer zentralen axialen Rich­ tung des in zwei Positionen bringbaren Steuerventils (18) ausgebildet ist.