DE4227619C2 - Vorrichtung zur Änderung der Ventilsteuerzeiten einer Brennkraftmaschine - Google Patents

Description

Die Erfindung betrifft eine Vorrichtung zur Änderung der Ventilsteuerzeiten einer Brennkraftmaschine gemäß dem Oberbegriff der Patentansprüche 1 und 2. Insbesondere bezieht sich die Erfindung auf eine Vorrichtung, welche dazu dient, die Einlaß- und/oder Auslaßven­ til-Steuerzeiten schnell in Abhängigkeit von der Veränderung der Brennkraftmaschinenbetriebsparameter zu modifizieren.

Aus der DE 41 02 753 A1 ist eine entsprechende Vorrichtung für eine Brennkraftmaschine bekannt. Diese Vorrichtung umfaßt ein Kettenrad, welches mechanisch mit einer Kurbelwelle einer Brennkraftmaschine über eine Steuerkette verbunden ist, sowie auf einer Nockenwelle ausgebildete Nocken zur Betätigung der Einlaßventile nach Maßgabe der Drehbewegung des Kettenrades, ein zylindrisches Zwischenzahnradelement, welches mit dem Kettenrad und der Nockenwelle in Eingriff steht, und schließlich eine Antriebseinrichtung, welche zur Veränderung der Ventil­ steuerzeiten dient. Die Antriebseinrichtung spricht auf die Veränderung der Betriebsparameter der Brennkraftmaschine an und verschiebt das zylindrische Zwischenzahnradelement in axialer Richtung, um den Phasenwinkel zwischen dem Ket­ tenrad und der Nockenwelle im Sinne einer Vorverstellung oder Nachverstellung der Ventilsteuerzeiten der Einlaßventi­ le zu verändern.

Die herkömmliche Antriebseinrichtung umfaßt erste und zweite Druckkammern und eine magnetbetätigte Ventil-Einrichtung zum selekti­ ven Regulieren der Hydraulikdrücke, welche an die ersten und zweiten Druckkammern angelegt werden. Wenn eine Brennkraft­ maschinenbelastung auf einen vorwählbaren Zwischenwert an­ steigt, wird der Hydraulikdruck in der ersten Druckkammer erhöht und wirkt dann auf ein bewegliches Teil, welches in der ersten Druckkammer bewegbar angeordnet ist, so daß dieses ver­ schoben wird, um das zylindrische Zwischenzahnradelement von einer Anfangsposition in eine Zwischenposition zu schieben, so daß die Ventilsteuerzeit sich auf eine solche Steuerzeit ändert, die für den Zwischenbrennkraftmaschinenbelastungs­ zustand geeignet ist. Wenn die Brennkraftmaschinenbelastung weiter ansteigt, wird eine Hydraulikleitung von der ersten Druckkammer zu der zweiten Druckkammer umgeschaltet, um den Hydraulikdruck in der zweiten Druckkammer größer zu machen, während der Hydraulikdruck in der ersten Druckkammer vermindert wird. Der erhöhte Hydraulikdruck in der zweiten Druckkammer wirkt sowohl auf das bewegliche Teil als auch auf das zylindrische Zwischenzahnradelement, so daß das bewegliche Teil in eine Gegenrichtung bewegt wird. Der Innen­ druck in der zweiten Druckkammer, welcher zur Verschiebung des zylindrischen Zwischenzahnradelements erforderlich ist, fällt momentan etwas ab, was dazu führt, daß die An­ sprechgeschwindigkeit der Vorrichtung zur Veränderung der Phasenlage der Nockenwelle gegenüber dem Kettenrad relativ gering ist.

Der Erfindung liegt die Aufgabe zugrunde, eine Vorrichtung der eingangs genannten Art zu schaffen, welche sich durch eine hohe Ansprechgeschwindigkeit auszeichnet. Diese Aufgabe wird erfindungsgemäß durch die in den Patentansprüchen 1 und 2 angegebenen Merkmalskombinationen gelöst.

Bei einer bevorzugten Ausführungsform umfaßt die Steuerein­ richtung erste und zweite Wegeventile. Das erste Wegeventil stellt selektiv eine Fluidverbindung zwischen der ersten Druckleitung und der Fluidantriebsquelle und zwischen der ersten Druckleitung und einer Rücklaufleitung her. Das zwei­ te Wegeventil stellt selektiv eine Fluidverbindung zwischen der zweiten Druckleitung und der Fluidantriebsquelle und zwischen der zweiten Druckleitung und der Rücklaufleitung her. Die Steuereinrichtung spricht auf das Sensorsignal, welches den niedrigen Brennkraftmaschinenbelastungszustand wiedergibt, an, um erste Steuersignale für die ersten und zweiten Wegeventile bereitzustellen und die Fluiddrücke in den ersten und zweiten Druckkammern jeweils zur Rücklauflei­ tung zu entlasten. Zusätzlich spricht die Steuereinrichtung auf das Sensorsignal an, welches den Zwischenbrennkraftma­ schinenbelastungswert wiedergibt, um ein zweites Steuersig­ nal für das erste Wegeventil bereitzustellen und die Fluid­ verbindung zwischen der ersten Leitung und der Fluidan­ triebsquelle herzustellen, während das erste Steuersignal an das zweite Wegeventil angelegt wird. Die Steuereinrichtung spricht ferner auf das Sensorsignal an, welches einen hohen Brennkraftmaschinenbelastungswert wiedergibt, um ein zweites Steuersignal für das zweite Wegeventil bereitzustellen und die Fluidverbindung zwischen der zweiten Druckleitung und der Fluidantriebsquelle herzustellen, während das zweite Steuersignal an das erste Wegeventil angelegt wird.

Weitere Einzelheiten, Merkmale und Vorteile der Erfindung ergeben sich aus der nachstehenden Beschreibung von bevor­ zugten Ausführungsformen unter Bezugnahme auf die beigefügte Zeichnung. Darin zeigt:

Fig. 1 eine Schnittansicht zur Verdeutlichung einer Vorrichtung nach der Erfindung,

Fig. 2 eine schematische Ansicht zur Verdeutlichung der Arbeitsweise der Vorrichtung nach Fig. 1, wenn die Brennkraftma­ schinenbelastung einen Zwischenwert annimmt,

Fig. 3 eine schematische Ansicht zur Verdeutlichung der Arbeitsweise der Vorrichtung nach Fig. 1, wenn die Brennkraftma­ schinenbelastung einen hohen Wert annimmt,

Fig. 4 eine Schnittansicht zur Verdeutlichung einer alternativen, zweiten Ausführungsform einer Vorrichtung nach der Erfindung,

Fig. 5 eine schematische Ansicht zur Verdeutlichung der Arbeitsweise der Vorrichtung nach Fig. 4, wenn eine Brennkraftma­ schinenbelastung einen Zwischenwert annimmt,

Fig. 6 eine schematische Ansicht zur Verdeutlichung der Arbeitsweise der Vorrichtung, nach Fig. 4 wenn eine Brennkraftma­ schinenbelastung einen hohen Wert annimmt,

Fig. 7 eine Schnittansicht zur Verdeutlichung des magnetisch betätigten Wegeventils gemäß Fig. 4,

Fig. 8 eine schematische Ansicht zur Verdeutlichung des Ventilschaltzustands gemäß Fig. 5, wenn eine Brennkraftmaschi­ nenbelastung einen Zwischenwert annimmt, und

Fig. 9 eine schematische Ansicht zur Verdeutlichung der Ventilarbeitsweise gemäß Fig. 6, wenn eine Brennkraftmaschinenbela­ stung einen hohen Wert annimmt.

Unter Bezugnahme auf die Zeichnung und insbesondere auf Fig. 1 wird eine Vorrichtung nach der Erfindung beschrieben, welche zur Steuerung der Einlaßventile einer Brenn­ kraftmaschine geeignet ist. Natürlich kann die gezeigte Vorrichtung auch zum Steuern der Steuerzeiten eines Auslaß­ ventils eingesetzt werden.

Die Vorrichtung umfaßt allgemein eine Kettenradanordnung 21 und eine Nockenwelle 22. Die Kettenradanordnung 21 ist mechanisch mit einer Brennkraftma­ schinenkurbelwelle (nicht gezeigt) über eine Steuerkette (nicht gezeigt) verbunden. Die Nockenwelle 22 ist mittels eines Nockenwellenlagers 23 gelagert, welches in einem Zylinder­ kopf an einem Endabschnitt 22a derselben vorgesehen ist. Die Drehbewegung der Kurbelwelle bewirkt, daß die Kettenradan­ ordnung 21 sich dreht, wodurch die Nockenwelle 22 synchron mit der Kurbelwelle zum Öffnen und Schließen der Einlaßven­ tile (nicht gezeigt) gemäß einer vorgewählten Steuerzeit arbeitet. Mit dem Endabschnitt 22a der Nockenwelle 22 und in Ausrichtung hiermit ist mit Hilfe einer Schraube 25 eine Hülse 24 befestigt. Die Hülse 24 umfaßt einen hohlzylin­ drischen Endabschnitt 24a und ein äußeres Zahnrad 24b. Der hohlzylindrische Endabschnitt 24a sitzt auf dem Endab­ schnitt 22a der Nockenwelle 22. Das äußere Zahnrad 24b ist auf der Mittelumfangsfläche der Hülse 24 ausgebil­ det.

Die Kettenradanordnung 21 umfaßt ein zylindrisches Teil 21a, ein Zahnradteil 21b, ein Ringteil 26 und eine vordere Ab­ deckung 27. Das Zahnradteil 21b ist einstückig mit einem Endabschnitt des zylindrischen Teils 21a ausgebildet. Eine äußere Oberfläche des Ringteils 26 ist an einer inneren Wand des Zahnradteils 21b mittels Verstemmen befestigt, während eine innere Umfangsfläche des Ringteils gleitbeweglich auf einem äußeren Umfang des Endabschnitts 22a der Nockenwelle 22 gelagert ist. Die vordere Abdeckung 27 ist an einem End­ abschnitt der Hülse 24 mit Hilfe einer Schraube 25 ange­ schraubt, um eine endseitige Öffnung des zylindrischen Teils 21a zu umgeben und um zu ermöglichen, daß das zylindrische Teil 21a gleitbeweglich relativ zur vorderen Abdeckung 27 drehbar ist. Auf einer Innenwand des Mittelabschnitts des zylindrischen Teils 21a ist eine Innenverzahnung 21c vor­ gesehen.

Zwischen der Hülse 24 und dem zylindrischen Teil 21a ist eine Zahnkranzanordnung 28 vorgesehen, welche als ein Kolben arbeitet, der axial mittels einer Antriebseinrichtung (wel­ che nachstehend noch näher beschrieben wird) verschiebbar ist. Die Zahnkranzanordnung 28 umfaßt erste und zweite Zahn­ kranzelemente 29 und 30, welche voneinander im Abstand an­ geordnet sind. Die ersten und zweiten Zahnkranzelemente 29 und 30 sind derart ausgebildet, daß ein einziges Zahnkranz­ teil in Querrichtung in zwei Teile unterteilt ist, welche Ringausnehmungen 80 und 82 haben, welche jeweils einen im wesentlichen U-förmigen Längsschnitt haben. Eine Mehrzahl von Öffnungen ist in den Bodenteilen der ersten und zweiten Zahnkranzelemente 29 und 30 jeweils derart ausgebildet, daß sie miteinander übereinstimmen, wobei die Flankenlinien der ersten und zweiten Zahnkranzelemente 29 und 30 um ein gewis­ ses Maß zur Kompensation des Spiels bzw. Flankenspiels ver­ setzt sind. Verbindungsbolzen 32 sind mittels Preßsitz in die Öffnungen des zweiten Zahnkranzelementes 30 eingesetzt, wobei Spiralfedern 31 zwischen den Kopfteilen der Verbin­ dungsbolzen 32 und dem Boden des ersten Zahnkranzelements jeweils derart angeordnet sind, daß das erste Zahnkranzel­ ement 29 in einen permanenten Eingriffszustand mit dem zweiten Zahnkranzelement 30 gedrückt wird. Die ersten und zweiten Zahnkranzelemente 29 und 30 umfassen äußere und innere Schrägverzahnungen auf ihren äußeren und inneren Flächen, welche in Kämmeingriff mit dem inneren Zahnrad 21c des zy­ lindrischen Teils 21a und dem äußeren Zahnrad 24b der Hülse 24 jeweils in Eingriff sind. Die Längsverschiebung (d. h. in der Zeichnung in Querrichtung gesehen) der Zahnkranz­ anordnung 28 erfolgt innerhalb eines Bereiches von der am weite­ sten links liegenden Position, in welcher das erste Zahn­ kranzelement 29 an einer inneren Wand der vorderen Abdeckung 27 über ein bewegliches Teil 34 (welches nachstehend noch näher erläutert wird) anliegt, zu einer am weitesten rechts liegenden, zweiten Posi­ tion, in der das zweite Zahnkranzelement 30 in Kontakt mit einer inneren Wand des Ringteils 26 gedrückt wird.

Die Antriebseinrichtung 33 umfaßt ein bewegliches Teil 34, welches in axialer Richtung gleitbeweglich ist, eine erste, ringförmige Druckkammer 35, eine zweite, ringförmige Druck­ kammer 36, erste und zweite Hydraulikschaltungen 37 und 38 zur Bereitstellung des Hydraulikdrucks für die erste und zweite, ringförmige Druckkammer 35 und 36 und eine Kom­ pressionsschraubenfeder 39. Die erste, ringförmige Druckkam­ mer 35 wird von einer Innenwand der vorderen Abdeckung 27 und einem ringförmigen, ausgenommenen Teil oder einer Aus­ nehmung bzw. Nut 84 gebildet, welche im beweglichen Teil 34 ausgebildet ist. Die zweite, ringförmige Druckkammer 36 wird von einem ringförmigen, ausgenommenen Abschnitt 86, welcher im Mittelabschnitt einer Umfangswand des zweiten Zahnkran­ zelementes 30 ausgebildet ist, und einer Innenwand des zy­ lindrischen Teils 21a der Kettenradanordnung 21 gebildet. Die Schraubenfeder bzw. Spiralfeder 39 ist zwischen der ringförmigen Ausnehmung 80 des zweiten Zahnkranzelementes 30 und der inneren Wand des Ringteils 26 angeordnet.

Das bewegliche Teil 34 ist in einem ringförmigen Hohlraum 88 angeordnet, welcher zwischen ausgenommenen Abschnitten, die in Umfangsrichtung um eine innere Wand des zylindrischen Teils 21a verlaufen, und einer äußeren Wand der Hülse 24 jeweils gebildet wird. Das bewegliche Teil 34 ist mittels der Federkraft der Spiralfeder 39 über das erste Zahnkran­ zelement 29 an die innere Wand der vorderen Abdeckung 27 gedrängt. Das Ansteigen des Hydrau­ likdrucks in der ersten, ringförmigen Druckkammer 35 be­ wirkt, daß das bewegliche Teil 34 in der Zeichnung gesehen nach rechts entgegen der Federkraft der Spiralfeder 39 ver­ schoben wird. Die maximal zulässige Verschiebung des beweg­ lichen Teils 34 ist durch Schulterabschnitte 40 und 41 der ringförmig ausgenommenen Abschnitte des zylindrischen Teils 21a und der Hülse 24 bestimmt.

Die erste Hydraulikschaltung 37 umfaßt im allgemeinen eine erste Hydraulikleitung 44, eine axiale Hydraulikleitung 45 und eine erste Verbindungsleitung 46. Die erste Hydrauli­ kleitung 44 steht mit einer Fluiddruckquelle, wie einer Ölpumpe 43, über ein erstes, magnetbetätigtes Wegeventil 50 und einer Hydraulikversorgungsleitung 42 in Verbindung, und sie (44) erstreckt sich durch den Zylinderkopf in die Nockenwelle 22 zur Herstellung einer Fluidverbindung mit einer Schraubenöffnung 90 und mit dem Nockenwellenlager 23. Die axiale Hydrauli­ kleitung 45 umfaßt einen ersten Durchgang 45a, welcher in Längsrichtung durch die Schraube 25 längs der Mittellinie derselben verläuft und in Fluidverbindung mit der ersten Hydraulikleitung 44 steht, und einen zweiten Durchgang 45b, welcher senkrecht zu dem ersten Durchgang 45a in der Nähe des Schraubenkopfs verläuft. Die erste Verbindungsleitung 46 ist mit ausgenommenen Teilen, die in der inneren Wand der vorderen Abdeckung 27 ausgebildet sind, versehen, welche eine Verbindung zwischen der ersten, ringförmigen Druckkammer 35 und der axialen Hydraulikleitung 45 herstel­ len.

Die zweite Hydraulikschaltung 38 umfaßt eine zweite Hydrau­ likleitung 47, eine ringförmige Leitung 48 und eine zweite Verbindungsleitung 49. Die zweite Hydraulikleitung 47 ver­ läuft parallel zur ersten Hydraulikleitung 44 und ist mit der Ölpumpe 43 über ein magnetisch gesteuertes Wegeventil 51 verbunden. Die ringförmige Leitung 48 wird zwischen einem ringförmigen, ausgenommenen Teil, welches in einer äußeren Fläche der Schraube 25 ausgebildet ist, und der inneren Wand der Schrauböffnung 90 gebildet, und sie (48) steht mit der zwei­ ten Hydraulikleitung 47 in Verbindung. Die zweite Verbin­ dungsleitung 49 verläuft über die Schrauböffnung 90 hinweg quer durch die Hülse 24, um eine Fluidverbindung mit der zweiten, ringförmigen Druckkammer 36 herzustellen.

Jedes der ersten und zweiten magnetbetätigten Wegeventile 50 und 51 ist als ein magnetbetätigtes Ventil mit drei An­ schlüssen und zwei Stellungen ausgelegt. Die ersten und zweiten Wegeventile 50 und 51 sprechen auf Steuersignale an, die von einer Steuereinheit 100 ausgegeben werden, um selek­ tiv eine Fluidverbindung zwischen der Ölpumpe 43 und den ersten und zweiten Hydraulikleitungen 44 und 47 oder zwi­ schen den ersten und zweiten Hydraulikleitung 44 und 47 und den Rücklaufleitungen 52 und 53 jeweils herzustellen. Die Steuereinheit 100 umfaßt einen Mikrocomputer, welcher dazu dient, Brennkraftmaschinenbetriebsparameter, wie die Brenn­ kraftmaschinenbelastung, basierend auf Sensorsignalen von verschiedenen Sensoren, wie einem Kurbelwinkelsensor 110, welcher die Brennkraftmaschinendrehzahl detektiert, und einem Luftströmungssensor 120, welcher die Strömungsrate der Ansaugluft der Brennkraftmaschine detektiert, zu überwachen, und sie stellt Steuersignale für die Wegeventile 50 und 51 jeweils bereit.

Wenn beim Arbeiten die Brennkraftmaschinendrehzahl oder die Brennkraftmaschinenbelastung niedriger als ein erster Schwellwert ist, liefert die Steuereinheit 100 AUS-Signale an die ersten und zweiten Wegeventile 50 und 51, so daß diese basierend auf den Sensorsignalen von dem Kurbel­ winkelsensor 110 und dem Luftströmungssensor 120 jeweils ausgeschaltet werden. Die Wegeventile 50 und 51 sperren dann die Fluidverbindung zwischen der Ölpumpe 43 und den ersten und zweiten Hydraulikleitungen 44 und 47 und stellen die Fluidverbindung zwischen den ersten und zweiten Hydrauli­ kleitungen 44 und 47 und den Rücklaufleitungen 52 und 53 her. Somit werden die Hydraulikfluide in den ersten und zweiten, ringförmigen Druckkammern 35 und 36 von den Rücklaufleitungen 52 und 53 abgeleitet, wodurch die Hydrau­ likdrücke in den ersten und zweiten, ringförmigen Druckkam­ mern 35 und 36 unter einen vorgewählten Wert herabgesetzt werden. Dies bewirkt, daß die Zahnkranzanordnung 28 durch die Federkraft der Spiralfeder 39 in den Anlagezustand mit der inneren Wand der vorderen Abdeckung 27 über das bewegliche Teil 34 gedrückt ist. Somit dreht sich die Nockenwelle 22 relativ zu der Kettenradanordnung 21 in eine gegebene Richtung mit einer maximal nachverstellten Phasenwinkelbeziehung, in welcher die Einlaßventilschließ­ zeiten am stärksten nachverstellt sind.

Wenn die Brennkraftmaschinenbelastung größer wird, bei­ spielsweise durch einen Beschleunigungsvorgang durch einen Fahrer, und in Richtung eines Zwischenbereiches von dem ersten Schwellwert zu einem zweiten Schwellwert ansteigt, welcher größer als der erste Schwellwert ist, liefert die Steuereinheit 100 nach Fig. 2 ein EIN-Signal an das erste Wegeventil 50, um eine Fluidverbindung zwischen der ersten Hydraulikleitung 44 und der Hydraulikversorgungsleitung 42 herzustellen, während das AUS-Signal an das zweite Wegeven­ til 51 geliefert wird, um die Fluidverbindung zwischen der zweiten Hydraulikleitung 47 und der Hydraulikversorgungs­ leitung 42 zu sperren. Somit wird das unter Druck stehende Arbeitsfluid von der Ölpumpe 43 der ersten ringförmigen Druckkammer 35 über die erste Hydraulikleitung 44, die axia­ le Hydraulikleitung 45 und die erste Verbindungsleitung 46 zugeleitet, und der Innendruck der ersten, ringförmigen Druckkammer 35 steigt in Richtung auf einen vorgewählten Leitungsdruck an, welcher durch den Abgabedruck der Ölpumpe 43 bestimmt ist. Bei dem erhöhten Druck in der ersten, ring­ förmigen Druckkammer 35 werden das bewegliche Teil 34 und die Zahnkranzanordnung 28 in Richtung auf das Ringteil 26 entgegen der Federkraft der Spiralfeder 39 vorbelastet, bis das bewegliche Teil 34 die Schulterteile 40 und 41 berührt. Dies führt dazu, daß die Zahnkranzanordnung 28 in einer Zwischenstellung bleibt, in welcher der Phasenwinkel zwi­ schen der Kettenradanordnung 21 und der Nockenwelle 22 um ein vorgewähltes Ausmaß vorverstellt wird, um die optimale Einlaßventilsteuerzeit bei der Zwischenbrennkraftmaschinen­ belastung bereitzustellen.

Wenn die Brennkraftmaschinenbelastung weiter in Richtung auf einen Wert ansteigt, welcher höher als der zweite Schwell­ wert des Zwischenbereiches ist, liefert die Steuereinheit 100 nach Fig. 3 ein EIN-Signal an das zweite Wegeventil 51, um die Fluidverbindung zwischen der zweiten Hydraulikleitung 47 und der Hydraulikversorgungsleitung 42 herzustellen, während das EIN-Signal weiterhin zu dem ersten Wegeventil 50 geliefert wird. Somit wird das unter Druck stehende Arbeitsfluid von der Ölpumpe 43 der zweiten, ringförmigen Druckkammer 36 sowie der ersten, ringförmigen Druckkammer 35 über die er­ sten und zweiten Hydraulikschaltungen 37 und 38 zugeleitet.

Hierdurch wird bewirkt, daß der Druck in der zweiten, ring­ förmigen Druckkammer 36 schnell in Richtung auf den Lei­ tungsdruck ansteigt. Wie sich aus der Zeichnung ersehen läßt, ist die rechte Seitenwand der zweiten, ringförmigen Druckkammer 36, auf welche der Innendruck in derselben wirkt, größer als die entsprechende Fläche an der linken Seitenwand, so daß sich ergibt, daß der erhöhte Druck in der zweiten, ringförmigen Druckkammer auf die rechte Seitenwand stärker als auf die linke Seitenwand wirkt, woraus resul­ tiert, daß die Zahnkranzanordnung schnell nach rechts ge­ drückt wird, bis das zweite Zahnkranzelement 30 das Ringteil 26 berührt. Somit wird der Phasenwinkel zwischen der Ketten­ radanordnung 21 und der Nockenwelle 22 weiter in Sinne einer Vorverstellung der Einlaßventilsteuerzeit verschoben.

Wenn wie voranstehend erwähnt, der Brennkraftmaschinenbe­ trieb sich von einer Zwischenbelastung zu einer hohen Bela­ stung ändert, wird das unter Druck stehende Arbeitsfluid der zweiten, ringförmigen Druckkammer 36 zugeleitet, während der Druck in der ersten, ringförmigen Druckkammer 35 auf einem hohen Wert gehalten wird. Somit steigt der Druck in der zweiten, ringförmigen Druckkammer 36 schnell auf einen Wert an, welcher erforderlich ist, um die Zahnkranzanordnung 28 zur Ventilsteuerzeiteinstellung zu verschieben.

Wenn die Brennkraftmaschinenbelastung sich vom hohen Wert zum Zwischenwert ändert, liefert die Steuereinheit 100 ein AUS-Signal an das zweite Wegeventil 51, während das erste Wegeventil erregt ist. Der Hydraulikdruck in der zweiten, ringförmigen Druckkammer 36 wird dann durch die Rücklauflei­ tung 53 herabgesetzt, wodurch bewirkt wird, daß die Zahnkranz­ anordnung 28 schnell in die Zwischenstellung bewegt wird, welche in Fig. 2 gezeigt ist.

Wenn die Brennkraftmaschinenbelastung weiter auf den niedri­ gen Wert abnimmt, wird auch das erste Wegeventil 50 entregt, um den Druck in der ersten, ringförmigen Druckkammer 35 in etwa auf Null abzusenken, wodurch bewirkt wird, daß die Zahnkranzanordnung 28 nach links gedrängt wird, bis das erste Zahnkranzelement 29 über das bewegliche Teil 34 in Kontakt mit der vorderen Abdeckung 27 kommt (Fig. 1).

Unter Bezugnahme auf die Fig. 4 bis 6 ist eine alternati­ ve Ausführungsform nach der Erfindung gezeigt. Gleiche oder ähnliche Teile wie in den Fig. 1 bis 3 sind mit denselben Bezugszeichen versehen und eine nähere Beschreibung dersel­ ben kann daher nachstehend entfallen.

Die Vorrichtung gemäß dieser bevor­ zugten Ausführungsform unterscheidet sich von der vorstehend beschriebenen, ersten bevorzugten Ausführungsform dadurch, daß ein einziges, magnetisch betätigtes Wegeventil 60 vor­ gesehen ist und erste und zweite Hydraulikleitungen 44 und 47 Versorgungsleitungen 44a und 47a und Rücklaufleitungen 44b und 47b jeweils umfassen.

Unter Bezugnahme auf die Fig. 4 bis 9 ist das magnetisch betätigte Wegeventil 60 in einer solchen Auslegungsform gezeigt, daß es ein Wegeventil mit vier Anschlüssen und drei Stellungen ist. Das Ventil umfaßt im allgemeinen ein Ventil­ gehäuse 61 und einen Steuerschieber bzw. Ventilschieber 66. Das Ventilgehäuse 61 umfaßt Einlaßöffnungen 62a und 63a, Auslaßöffnungen 62b und 63b, und Rücklaufanschlüsse 64a, 64b, 65a und 65b in seiner Umfangsfläche auf die dargestell­ te Weise. Der Ventilschieber 66 ist im Ventilgehäuse 61 gleitbeweglich in einer axialen Richtung zur selektiven Herstellung der Fluidverbindung zwischen den Öffnungen bzw. Anschlüssen angeordnet.

Der Ventilschieber 66 umfaßt ringförmige Ausnehmungen 67 und 68 und eine Durchgangsöffnung 70. Die ringförmigen Ausneh­ mungen 67 und 68 sind im Mittelteil des Ventilschiebers 66 zur selektiven Herstellung von Verbindungen zwischen stromaufwärtigen und stromabwärtigen Leitungen der ersten und zweiten Hydrauli­ kleitungen 44 und 47 angeordnet. Die Durchgangsöffnung 70 steht mit den Rücklauföffnungen 64a und 64b und auch mit einer Schieberbohrung 69 in Verbindung, welche längs der Schieberachse verläuft. In einem Ende des Ventilschiebers 66 ist eine Bohrung 150 ausgebildet, welche eine Öffnung hat, die zu einer Rücklaufkammer 71 weist, welche in einem End­ abschnitt des Ventilgehäuses 61 ausgebildet ist. Die Bohrung 150 stellt selektiv eine Verbindung mit den Rücklauföffnun­ gen 65a und 65b über Bohrungen 72 und 73 her, welche in einer zylindrischen Wand ausgebildet sind, welche die Boh­ rung 150 begrenzt. In vorspringenden Umfangsteilen bzw. Stegteilen zwischen den ringförmigen Ausnehmungen 67 und 68 und zwischen der ringförmigen Ausnehmung 68 und den Bohrun­ gen 72 und 73 sind ringförmig ausgenommene Abschnitte 74 und 75 ausgebildet, welche als Drosseleinrichtungen dienen. Eine Rücklauföffnung 76 ist im Mittelteil einer Endwand 61a des Ventilgehäuses 61 zum Ableiten des Hydraulikfluids aus der Rücklaufkammer 71 ausgebildet. Zusätzlich ist eine Schrau­ benfeder 79 zwischen der Bohrung 150 des Ventilschiebers 66 und der Endwand 61a des Ventilgehäuses 61 angeordnet, um ständig den Ventilschieber 66 in Richtung einer Stellung vorzubelasten, welche in Fig. 7 gezeigt ist. Ein Federhal­ ter 77 ist gleitbeweglich in einem durchmessergroßen End­ abschnitt 160 des Ventilgehäuses 61 angeordnet, welcher (77) als ein Anschlag (dies wird nachstehend noch näher erläutert) arbeitet. Eine Spiralfeder 78 ist zwischen der Endwand 61a des Ventilgehäuses 61 und dem Federhalter 77 zur Vorbela­ stung des Federhalters 77.

Wenn während des Betriebs der Brennkraftmaschine eine Brennkraftmaschinenbelastung einen niedrigen Wert annimmt, liefert die Steuereinheit 100 ein AUS-Signal an das magnetisch betriebene Wegeventil 60, um dieses zu entregen und den Ventilschieber 66 in der in Fig. 7 am weitesten rechts liegenden Stellung zu halten. Somit werden die Hydraulikdrücke in den ersten und zweiten, ring­ förmigen Druckkammern 35 und 36 über die Rücklaufleitungen 44b und 47b und über die Rücklaufanschlüsse 64a, 64b, 65a und 65b verringert. Ferner wird ein Teil des durch die Durch­ gangsöffnung 70 strömenden Hydraulikfluids über die Schieberbohrung 69 in die Rücklaufkam­ mer 71 eingeleitet und dann durch die Rücklauföffnung 76 abgegeben. Ferner kommt auch ein Teil des Hydraulikfluides, welches in die Rücklaufkammer 71 ein­ tritt, von dem Rücklaufanschluß 65b und auch von dem Rück­ laufanschluß 76. Es ist noch zu erwähnen, daß die Hydraulikdrücke in den ersten und zweiten, ringförmigen Druckkammern 35 und 36 schnell auf einen vorwählbaren Wert herabgesetzt werden.

Die Hydraulikfluide, die den Einlaßöffnungen 62a und 63a über die Versorgungsleitung 42 zugeleitet werden, werden hinsichtlich des Drucks durch die Drosseleinrichtungen 74 und 75 gedrosselt und dann zu den ersten und zweiten, ring­ förmigen Druckkammern 35 und 36 von den Auslaßöffnungen 62b und 63b über die Versorgungsleitungen 44a und 47a geleitet, um dort Gleitteile der Vorrichtung zu schmieren.

Folglich wird bei herabgesetzten Drücken in den ersten und zweiten, ringförmigen Druckkammern 35 und 36 die Zahnkranz­ anordnung in die am weitesten links liegende Stellung ge­ drückt, wie dies in Fig. 4 gezeigt ist, in welcher die Einlaßventilschließzeit auf die gleiche Weise wie bei der ersten bevorzugten Ausführungsform am stärksten im Sinne einer Nachverstellung verstellt ist.

Wenn die Brennkraftmaschinenbelastung in dem Zwischenbela­ stungsbereich ansteigt, liefert die Steuereinheit 100 ein erstes Steuersignal an das Wegeventil 60, um dasselbe zu erregen. Der Ventilschieber 66 wird in Richtung nach links entgegen der Federkraft der Spiralfeder 79 vorbelastet und stoppt in einer Zwischenstellung, welche in Fig. 8 gezeigt ist, und in welcher er an dem Federhalter 77 anliegt. Bei dieser Arbeitsweise stellt die ringförmige Ausneh­ mung 67 des Ventilschiebers 66 eine Fluidverbindung zwischen den Einlaß- und Auslaßöffnungen 62a und 62b her, so daß der Hydraulikdruck von der Ölpumpe 43 an die erste, ringförmige Druckkammer 35 angelegt wird, während die zweite, ringförmi­ ge Druckkammer 36 in Verbindung mit der Versorgungsleitung 42 über die Drosseleinrichtung 75 steht. Zusätzlich steht die Rücklaufleitung 47b mit der Rücklaufkammer 71 beispielsweise über die Rücklaufanschlüsse 65 in Verbindung, und die Rücklaufleitung 44b ist gesperrt.

Als Folge hiervon steigt der Hydraulikdruck in der ersten, ringförmigen Druckkammer 35 an, während der Hydraulikdruck in der zweiten, ringförmigen Druckkammer 36 abnimmt. Somit wird die Zahnkranzanordnung 28 - wie in Fig. 5 gezeigt - durch das bewegliche Teil 34 in Richtung auf die Zwischen­ stellung entgegen der Federkraft der Spiralfeder 39 verscho­ ben.

Wenn die Brennkraftmaschinenbelastung weiter auf einen hohen Wert ansteigt, liefert die Steuereinheit 100 ein zweites Steuersignal, welches einen größeren Signalpegel als das erste Steuersignal hat. Dieses Signal wird dem Wegeventil 60 geliefert, so daß der Ventilschieber 66 nach Fig. 9 weiter in Richtung nach links entgegen den Federkräften beider Spiralfedern 78 und 79 verschoben wird. Der Ventilschieber 66 stoppt dann in einer Position, in welcher die Federkräfte der Spiralfedern 78 und 79 im Gleichgewicht mit einer Be­ triebskraft stehen, welche auf den Ventilschieber 66 wirkt, und welche durch das Arbeiten eines Magneten bereitgestellt wird, um die ersten und zweiten Rücklaufleitungen 44b und 47b zu sperren und die Fluidverbindung zwischen der ersten Versorgungsleitung 47a und der Versorgungsleitung 42 über die ringförmige Ausnehmung 68 zusätzlich zu der Fluidver­ bindung zwischen der ersten Versorgungsleitung 44a und der Versorgungsleitung 42 herzustellen. Somit steigt der Hydrau­ likdruck in der zweiten, ringförmigen Druckkammer 36 auf einen hohen Wert an, wobei der Hydraulikdruck in der ersten, ringförmigen Druckkammer 35 auf einem hohen Wert bleibt, wodurch die Zahnkranzanordnung 28 in die am weitesten rechts liegende Stellung vorbelastet wird, wie dies in Fig. 6 gezeigt ist, in welcher ein Phasenwinkel zwischen der Ket­ tenradanordnung 21 und der Nockenwelle 22 derart modifiziert wird, daß eine Einlaßventilsteuerzeit sichergestellt ist, welche für den Brennkraftmaschinenbetrieb bei einer hohen Geschwindigkeit bzw. hohen Drehzahl geeignet ist.

Wie sich aus den ersten und zweiten bevorzugten Ausführungs­ formen ersehen läßt, können die Wegeventile 50, 51 und 60 an der Außenseite der Brennkraftmaschine oder der Innenseite derselben angebracht sein. Folglich wird die Gesamtlängser­ streckung der Vorrichtung in einer axialen Richtung effektiv verkürzt. Dies führt dazu, daß man einen wesentlich größeren Gestaltungsfreiraum bei der Auslegung der Vorrichtung in einem Motorraum hat.

Claims (2)

1. Vorrichtung zur Änderung der Ventilsteuerzeiten einer Brennkraftmaschine, beinhaltend:

• a) eine Fluiddruckquelle (43);
• b) ein Antriebsteil (21);
• c) eine Nockenwellenanordnung (22), an welcher innerhalb des Antriebsteiles (21) ein Endabschnitt (24) vorhanden ist;
• d) eine Phasenwinkel-Einstelleinrichtung (28, 29, 30, 34, 39, 35, 36), welche zwischen dem Endabschnitt (24) und dem Antriebsteil (21) angeordnet ist, um die Einstellung einer Phasenwinkelbeziehung des Antriebsteiles relativ zur Nockenwellenanordnung (22) zu bewirken, wobei die Phasenwinkel-Einstelleinrichtung (28, 29, 30, 34, 39, 35, 36) ein bewegbares Kolbenelement (34), eine Zahnkranzanordnung (28) und eine Feder (39) beinhaltet, die die Zahnkranzanordnung (28) gegen das bewegbare Kolbenelement (34) drängt, und wobei die Phasenwinkel-Einstelleinrichtung (28, 29, 30, 34, 39, 35, 36) weiterhin eine erste Druckkammer (35) beinhaltet, die teilweise von dem bewegbaren Kolbenelement (34) gebildet wird, um dieses gegen die Zahnkranzanordnung (28) zu drücken, sowie eine zweite Druckkammer (36) aufweist, welche zwischen dem Antriebsteil (21) und der Zahnkranzanordnung (28, 30) gebildet ist;
• e) eine Hydraulikschaltung (37, 38), welche im Fluidstrom zwischen der Fluiddruckquelle (43), einem Abfluß (52, 53) und der ersten und zweiten Druckkammer (35, 36) angeordnet ist, um die Strömung von Hydraulikfluid von und zu den beiden Druckkammern (35, 36) zu steuern, wobei die Zahnkranzanordnung (28)
  • - eine erste Position (Fig. 1) unter dem Druck der Feder (39) einnimmt, wenn sowohl die erste als auch die zweite Druckkammer (35, 36) mit dem Abfluß (52, 53) verbunden sind,
  • - eine zweite Position (Fig. 2) in Reaktion auf einen hydraulischen Druck in der ersten Druckkammer (35) einnimmt, während die zweite Druckkammer (36) mit dem Abfluß verbunden ist, und
  • - eine dritte Position einnimmt (Fig. 3), wenn die zweite Druckkammer (36) unter Druck gesetzt ist;
• f) eine erste (44, 90, 45, 45b, 46) und eine zweite (47, 48, 49) hydraulische Fluidleitung in der Hydraulikschaltung, wobei die Fluidleitungen zu den entsprechenden ersten und zweiten Druckkammern (35, 36) führen, sowie
• g) ein erstes (50) und ein zweites (51) Wegeventil, wobei die Wegeventile
  • - eine erste Position einnehmen können (Fig. 1), in welcher Hydraulikfluid von der ersten Druckkammer (35) durch die erste Fluidleitung (44, 90, 45, 45b, 46) und Hydraulikfluid von der zweiten Druckkammer (36) durch die zweite Fluidleitung (47, 48, 49) abgezogen wird,
  • - eine zweite Position einnehmen können (Fig. 2), in welcher Hydraulikfluid zu der ersten Druckkammer (35) durch die erste Fluidleitung (44, 90, 45, 45b, 46) zugeführt wird, während Hydraulikfluid von der zweiten Druckkammer (36) durch die zweite Fluidleitung (47, 48, 49) abgezogen wird, und
  • - eine dritte Position einnehmen können (Fig. 3), in welcher Hydraulikfluid sowohl zur ersten (35) als auch zur zweiten (36) Druckkammer durch die entsprechenden ersten (44, 90, 45, 45b, 46) und zweiten (47, 48, 49) Fluidleitungen geleitet wird.

2. Vorrichtung zur Änderung der Ventilsteuerzeiten einer Brennkraftmaschine, beinhaltend:

• a) eine Fluiddruckquelle (43);
• b) ein Antriebsteil (21);
• c) eine Nockenwellenanordnung (22), an welcher innerhalb des Antriebsteiles (21) ein Endabschnitt (24) vorhanden ist;
• d) eine Phasenwinkel-Einstelleinrichtung (28, 29, 30, 34, 39, 35, 36), welche zwischen dem Endabschnitt (24) und dem Antriebsteil (21) angeordnet ist, um die Einstellung einer Phasenwinkelbeziehung des Antriebsteiles relativ zur Nockenwellenanordnung (22) zu bewirken, wobei die Phasenwinkel-Einstelleinrichtung (28, 29, 30, 34, 39, 35, 36) ein bewegbares Kolbenelement (34), eine Zahnkranzanordnung (28) und eine Feder (39) beinhaltet, die die Zahnkranzanordnung (28) gegen das bewegbare Kolbenelement (34) drängt, und wobei die Phasenwinkel-Einstelleinrichtung (28, 29, 30, 34, 39, 35, 36) weiterhin eine erste Druckkammer (35) beinhaltet, die teilweise von dem bewegbaren Kolbenelement (34) gebildet wird, um dieses gegen die Zahnkranzanordnung (28) zu drücken, sowie eine zweite Druckkammer (36) aufweist, welche zwischen dem Antriebsteil (21) und der Zahnkranzanordnung (28, 30) gebildet ist;
• e) eine Hydraulikschaltung (37, 38), welche im Fluidstrom zwischen der Fluiddruckquelle (43), einem Abfluß (52, 53) und der ersten und zweiten Druckkammer (35, 36) angeordnet ist, um die Strömung von Hydraulikfluid von und zu den beiden Druckkammern (35, 36) zu steuern, wobei die Zahnkranzanordnung (28)
  • - eine erste Position (Fig. 4, 7) unter dem Druck der Feder (39) einnimmt, wenn sowohl die erste als auch die zweite Druckkammer (35, 36) mit dem Abfluß (64b, 65b) verbunden sind,
  • - eine zweite Position (Fig. 5, 8) in Reaktion auf einen hydraulischen Druck in der ersten Druckkammer (35) einnimmt, während die zweite Druckkammer (36) noch mit dem Abfluß (65b) verbunden ist, und
  • - eine dritte Position einnimmt (Fig. 6, 9), wenn die zweite Druckkammer (36) unter Druck gesetzt ist;
• f) eine erste (44, 90, 45, 45b, 46) und eine zweite (47, 48, 49) hydraulische Fluidleitung in der Hydraulikschaltung, wobei die Fluidleitungen zu den entsprechenden ersten und zweiten Druckkammern (35, 36) führen, sowie
• g) ein einziges Wegeventil (60), das
  • - eine erste Position einnehmen kann (Fig. 4, 7), in welcher Hydraulikfluid von der ersten Druckkammer (35) durch die erste Fluidleitung (44, 90, 45, 45b, 46) und Hydraulikfluid von der zweiten Druckkammer (36) durch die zweite Fluidleitung (47, 48, 49) abgezogen wird,
  • - eine zweite Position einnehmen kann (Fig. 5, 8), in welcher Hydraulikfluid zu der ersten Druckkammer (35) durch die erste Fluidleitung (44, 90, 45, 45b, 46) zugeführt wird, während Hydraulikfluid von der zweiten Druckkammer (36) durch die zweite Fluidleitung (47, 48, 49) abgezogen wird, und
  • - eine dritte Position einnehmen kann (Fig. 6, 9), in welcher Hydraulikfluid sowohl zur ersten (35) als auch zur zweiten (36) Druckkammer durch die entsprechenden ersten (44, 90, 45, 45b, 46) und zweiten (47, 48, 49) Fluidleitungen geleitet wird.