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Diese Erfindung betrifft eine veränderliche Nockenwellen-Zeitsteuereinrichtung
(VCT = variable camshaft timing) für einen Kraftfahrzeugmotor,
bei der der Drehwinkel einer Motor-Nockenwellen relativ zur Kurbelwelle
oder zu einer anderen Nockenwelle des Motors dadurch geändert wird,
dass Hydraulikfluid zwischen gegenüberliegenden Aktoren übertragen
wird, welche zusammenwirken, um die Nockenwelle zu verstellen. Insbesondere
betrifft diese Erfindung eine VCT-Einrichtung der vorstehenden Gattung,
bei der die hydraulischen Aktoren die Form eines Paares diametral
gegenüberliegender
beabstandeter Flügel
einer Flügelanordnung
haben, die an der Nockenwelle befestigt sind, deren Winkelstellung verändert werden
soll.
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Die US-Patente 5,002,023 (Butterfield
and Smith) und 5,046,460 (Butterfield, Smith and Dembosky) beschreiben
verschiedene Formen von VCT-Einrichtungen, die gegenüberliegende
hydraulische Aktoren in Form gegenüberliegender Zylinder verwenden,
um eine Nockenwelle eines Kraftfahrzeugmotors relativ zu einer Kurbelwelle
oder relativ zu einer anderen Nockenwelle desselben Motors zu verstellen,
um druckbeaufschlagtes Motor-Schmieröl von einem der Hydraulikzylinder
auf den anderen zu übertragen.
Wie ferner in dem US-Patent 5,107,804 (Becker, Butterfield, Dembosky
und Smith), auf dessen Offenbarung Bezug genommen wird, kann eine VCT-Einrichtung,
die von den Prinzipien der vorstehend genannten US-Patente Gebrauch
macht, im Hinblick auf ihre mechanischen und hydraulischen Aspekte
dadurch vereinfacht werden, dass eine Flügelanordnung mit einem Paar
diametral beabstandeter Flügel
verwendet wird, die an der Nockenwelle in Verbindung mit einem umgebenden
Gehäuse
befestigt sind, welches relativ zu der Nockenwelle oszillierbar
ist, anstelle der gegenüberliegenden
Hydraulikzylinder der vorstehend genannten Patente. Eine Anordnung,
bei der der Phasenwinkel einer Motor-Nockenwelle relativ zu dem
der Kurbelwelle durch hydraulische Wirkung entgegen einer Reihe
von Flügeln
verstellt wird, welche an der Nockenwelle befestigt und innerhalb
von Kammern eines von der Kurbelwelle angetriebenen An triebskörpers frei
oszillierbar sind, ist ebenfalls in dem US-Patent 4,858,572 (Shirai
et al.) offenbart.
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Eine hydraulisch betätigte VCT-Einrichtung der
Flügelbauart,
wie sie in dem vorstehend genannten US-Patent 5,107,804 beschrieben
ist, erfordert das Vorhandensein von druckbeaufschlagtem Motor-Schmieröl oder einer
anderen Hydraulikflüssigkeit innerhalb
der VCT-Einrichtung, um einwandfrei und vorhersehbar zu arbeiten.
Dieser Zustand ist bei normalem Motorbetrieb gegeben, wenn Schmieröl als die
Hydraulikflüssigkeit
innerhalb der VCT-Einrichtung verwendet wird, da eine ausreichende
Druckbeaufschlagung des Motor-Schmieröls naturgemäß aus dem Betrieb des Motors
resultiert. Wenn jedoch ein Kraftfahrzeugmotor abgeschaltet ist,
nimmt der Druck des Motor-Schmieröls rasch ab, und das Öl innerhalb
einer VCT-Einrichtung
der vorgenannten Bauart fliest normalerweise zurück in den Kurbelkasten des
Motors. Bei einem Wiederstart solch eines Motors reicht daher der
Vorrat an Motor-Schmieröl
innerhalb der VCT-Einrichtung hinsichtlich Volumen und Druck wahrscheinlich
nicht aus, um ihren einwandfreien Betrieb sicherzustellen. Unter
diesen Bedingungen ist es wünschenswert,
die Stellung der phasenverstellten Nockenwelle relativ zu der der Kurbelwelle
in einer vorgegebenen Stellung, vorzugsweise in einer Zwischenstellung
zwischen in ihrer voll voreilenden Stellung und ihrer voll nacheilenden
Stellung, automatisch zu verriegeln bzw. zu sperren und die phasenverstellte
Nockenwelle in solch einem verriegelten bzw. gesperrten Zustand
zu halten, es sei denn, der Druck des Motor-Schmieröls innerhalb
der VCT-Einrichtung
ist ausreichend groß,
um einen normalen einwandfreien Betrieb der VCT-Einrichtung sicherzustellen.
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EP
0 799 976 , von dem im Oberbegriff des Anspruchs 1 ausgegangen
wird, offenbart eine veränderliche
Nockenwellen-Zeitsteuereinrichtung mit einer Kurbelwelle, die um
eine Achse drehbar ist, einer Nockenwelle, die um eine zweite Achse
drehbar ist, wobei die Achsen parallel zueinander sind und die Nockenwelle
während
Ihrer Drehbewegung Drehmomentumkehrungen ausgesetzt, einer Flügelanordnung
mit mindestens einem Flügel,
welcher Flügel
an der Nockenwelle befestigt, mit der Nockenwelle drehbar und relativ
zur Nockenwelle nicht oszillierbar ist; einem Gehäuse, welches
Gehäuse
mit der Nockenwelle drehbar und relativ zu der Nockenwelle oszillierbar
ist, wobei das Gehäuse
mindestens eine Ausnehmung hat, die den mindestens einen Flügel aufnimmt,
wobei der mindestens eine Flügel
relativ zu der mindestens einen Ausnehmung oszillierbar ist; Drehbewegungs-Übertragungsmitteln
zum Übertragen
von Drehbewegungen der Kurbelwelle auf das Gehäuse; einem Kanal, der in dem
Kanal gebildet ist, welcher Kanal im wesentlichen parallel und mit
Abstand zu der längs
verlaufenden Drehachse der Nockenwelle verläuft, einem Bolzen, der innerhalb
des Kanals gleitend angeordnet ist und ein inneres Ende sowie ein äußeres Ende
hat, und Mitteln, die auf das innere Ende des Bolzens elastisch
einwirken, um das äußere Ende
des Bolzens aus dem Kanal nach außen zu drücken; wobei an der Flügelanordnung
eine Platte befestigt ist, welche Platte mit der Flügelanordnung
drehbar und relativ zu dieser drehfest ist, wobei die Platte eine
einwärts
gerichtete Tasche hat, welche Tasche zu dem Kanal in einer vorgegebenen Stellung
der Flügelanordnung
bezüglich
des Gehäuses
ausgerichtet ist und in der Lage ist, das äußere Ende des Bolzens in der
vorgegebenen Stellung der Flügelanordnung
bezüglich
des Gehäuses
aufzunehmen, um Schwingungen des Gehäuses relativ zur Nockenwelle
zu verhindern; wobei die Tasche zur Aufnahme von hydraulischem Druckmittel
geeignet ist, das bei normaler Druckbeaufschlagung die Wirkung der
auf das innere Ende des Bolzens elastisch einwirkenden Mittel überwindet
und das äußere Ende des
Bolzens außerhalb
der Tasche hält,
um Schwingungen des Gehäuses
relativ zu der Nockenwelle zuzulassen, der Bolzen hat ein ebenes
Ende, das in die Tasche greift, welche eine zylindrische Form hat.
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Gemäß der vorliegenden Erfindung
ist vorgesehen: eine veränderliche
Nockenwellen-Zeitsteuereinrichtung veränderliche Nockenwellen-Zeitsteuereinrichtung
mit einer Kurbelwelle, die um eine Achse drehbar ist, einer Nockenwelle,
die um eine zweite Achse drehbar ist, wobei die Achsen parallel
zueinander sind und die Nockenwelle während Ihrer Drehbewegung Drehmomentumkehrungen
ausgesetzt, einer Flügelanordnung
mit mindestens einem Flügel, welcher
Flügel
an der Nockenwelle befestigt, mit der Nockenwelle drehbar und relativ
zur Nockenwelle nicht oszillierbar ist; einem Gehäuse, welches
Gehäuse
mit der Nockenwelle drehbar und relativ zu der Nockenwelle oszillierbar
ist, wobei das Gehäuse
mindestens eine Ausnehmung hat, die den mindestens einen Flügel aufnimmt,
wobei der min destens eine Flügel
relativ zu der mindestens einen Ausnehmung oszillierbar ist; Drehbewegungs-Übertragungsmitteln zum Übertragen
von Drehbewegungen der Kurbelwelle auf das Gehäuse; einem Kanal, der in dem
Kanal gebildet ist, welcher Kanal im wesentlichen parallel und mit
Abstand zu der längs
verlaufenden Drehachse der Nockenwelle verläuft, einem Bolzen, der innerhalb
des Kanals gleitend angeordnet ist und ein inneres Ende sowie ein äußeres Ende
hat, und Mitteln, die auf das innere Ende des Bolzens elastisch einwirken,
um das äußere Ende
des Bolzens aus dem Kanal nach außen zu drücken; wobei an der Flügelanordnung
eine Platte befestigt ist, welche Platte mit der Flügelanordnung
drehbar und relativ zu dieser drehfest ist, wobei die Platte eine
einwärts
gerichtete Tasche hat, welche Tasche zu dem Kanal in einer vorgegebenen
Stellung der Flügelanordnung
bezüglich
des Gehäuses
ausgerichtet ist und in der Lage ist, das äußere Ende des Bolzens in der
vorgegebenen Stellung der Flügelanordnung
bezüglich
des Gehäuses
aufzunehmen, um Schwingungen des Gehäuses relativ zur Nockenwelle
zu verhindern; wobei die Tasche zur Aufnahme von hydraulischem Druckmittel
geeignet ist, das bei normaler Druckbeaufschlagung die Wirkung der
auf das innere Ende des Bolzens elastisch einwirkenden Mittel überwindet und
das äußere Ende
des Bolzens außerhalb
der Tasche hält,
um Schwingungen des Gehäuses
relativ zu der Nockenwelle zuzulassen, dadurch gekennzeichnet, dass
das äußere Ende
des Bolzens halbkugelförmig
ausgebildet ist und die Tasche eine innere Fläche hat, an der das äußere Ende
des Bolzens angreift, wobei die innere Fläche halbkugelförmig ausgebildet
ist und der Krümmungsradius
der inneren Fläche
der Tasche zumindest geringfügig
größer als der
Krümmungsradius
des äußeren Endes
des Bolzens ist.
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Die Beziehung zwischen der hydraulischen Kraft,
die auf das freie Ende des Bolzens wirkt, und der mechanischen Federkraft,
die auf sein entgegengesetztes Ende bei der vorliegenden Erfindung
wirkt, ist derart, dass die hydraulische Kraft wesentlich größer während aller
normalen Betriebsbedingungen des Motors ist und die mechanische
Kraft nur zeitweise beim Wiederstart des Motors größer ist.
In einer VCT-Einrichtung gemäß der vorliegenden
Erfindung ist somit die Nockenwelle in einer vorgegebenen Phase
relativ zur Kurbelwelle, vorzugsweise in einer Zwischenphase zwischen
ihrer voll voreilenden Stellung und ihrer voll nacheilenden Stellung,
verriegelt oder gesperrt, um einen einwandfreien Start des Motors
zu Zeiten sicherzustellen, zu denen die VCT-Einrichtung andernfalls
unvorhersehbar und unzuverlässig
wegen unzureichenden Hydraulikdrucks innerhalb des Systems arbeiten
würde.
Außerdem
verhindert die VCT-Einrichtung gemäß der vorliegenden Erfindung
Stöße zwischen
den Bauteilen der VCT-Einrichtung während und kurz nach dem Start,
wenn die Einrichtung vollständig
oder teilweise mit Luft gefüllt sein
kann und wenn solche Stöße aufgrund
der Kompressibilität
von Luft und der Empfindlichkeit einer VCT-Einrichtung der in dem
US-Patent 5,107804 beschriebenen Art gegenüber Drehmomentschwankungen
bei jeder Drehung der Nockenwelle auftreten können. Das Verriegelungs- bzw.
Sperrmerkmal der VCT-Einrichtung der vorliegenden Erfindung verhindert
somit solche Stöße und daraus
resultierende Schäden
und Geräusche,
indem sie sicherstellt, dass keine Phasenverstellung eintreten kann,
bis die VCT-Einrichtung mit Druckmittel gefüllt ist und die zugehörigen Rückschlagventile
einwandfrei arbeiten können,
um eine Übertragung
von Hydraulikflüssigkeit
innerhalb der Einrichtung zu verhindern, außer wenn es erwünscht ist,
eine Änderung
im Phasenwinkel der Nockenwelle herbeizuführen.
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Demgemäss ist es ein Ziel der vorliegenden Erfindung,
eine verbesserte hydraulische veränderliche Nockenwellen-Zeitsteuereinrichtung
(VCT-Einrichtung) der Flügelbauart
zu schaffen. Insbesondere ist es ein Ziel der vorliegenden Erfindung,
eine VCT-Einrichtung der vorstehend genannten Gattung mit einem
mechanischen Verriegelungsmerkmal zu schaffen, die in der Weise
arbeitet, dass sie Änderungen
im Phasenwinkel der Nockenwelle verhindert, wenn der Druck der Hydraulikflüssigkeit
innerhalb der VCT-Einrichtung nicht ausreicht, um ihren einwandfreien
Betrieb sicherzustellen. Vor allem ist es ein Ziel der vorliegenden
Erfindung, eine VCT-Einrichtung der vorstehend genannten Gattung
zu schaffen, die druckbeaufschlagtes Motor-Schmieröl als das
hydraulische Medium verwendet und ein Verriegelungs- oder Sperrmerkmal
enthält,
um Änderungen
im Phasenwinkel der Nockenwelle während und kurz nach einem Wiederstart
des Motors zu verhindern, wenn der Druck des Motor-Schmieröls innerhalb
der veränderlichen
Nockenwellen-Zeitsteuereinrichtung
nicht ausreicht, um ihren einwandfreien Betrieb sicherzustellen.
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Zwecks besseren Verständnisses
der Erfindung wird nun eine als Beispiel gegebene Ausführungsform
der Erfindung unter Bezugnahme auf die beigefügten Zeichnungen beschrieben,
in denen:
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1 eine
Endansicht einer Nockenwelle mit Elementen einer Ausführungsform
einer veränderlichen
Nockenwellen-Zeitsteuereinrichtung ist;
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2 eine
der 1 entsprechende
Ansicht ist, wobei ein Teil ihrer Konstruktion entfernt ist, um ihre
anderen Teile besser darzustellen;
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3 eine
Schnittansicht längs
der Linie 3-3 in 2 ist;
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4 eine
Schnittansicht längs
der Linie 4-4 in 2 ist;
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5 eine
Schnittansicht längs
der Linie 5-5 in 2 ist;
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6 eine
Endansicht eines Bauteils der veränderlichen Nockenwellen-Zeitsteuereinrichtung der 1 bis 5 ist;
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7 eine
Endansicht des Bauteils der 6 von
dem gegenüberliegenden
Ende aus ist;
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8 eine
Seitenansicht des Bauteils der 6 und 7 ist;
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9 eine
Seitenansicht des Bauteils der 8 von
der gegenüberliegenden
Seite aus ist;
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10 eine
vereinfachte Schemadarstellung der veränderlichen Nockenwellen-Zeitsteuereinrichtung
der 1 bis 9 ist;
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11 eine
der 2 entsprechende
Ansicht einer veränderlichen
Nockenwellen-Zeitsteuereinrichtung mit einem Verriegelungs- oder
Sperrmerkmal gemäß der bevorzugten
Ausführungsform der
vorliegenden Erfindung ist; und
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12 eine
Schnittansicht längs
der Line 12-12 in 11 ist.
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Mit Bezugnahme auf die Zeichnungen
zeigen die 1 bis 10 eine hydraulische veränderliche Nockenwellen-Zeitsteuereinrichtung
(VCT-Einrichtung) der Flügelbauart
gemäß einer
Ausführungsform
des oben erwähnten
US-Patentes 5,107,804, bei dem ein Gehäuse in Form eines Kettenrades 32 auf
einer Nockenwelle 26 oszillierend gelagert ist.
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Die Nockenwelle 26 kann
als die einzige Nockenwelle eines Einzelnockenwellen-Motors entweder
der Bauart mit oben gelagerten Nockenwelle oder der Bauart mit im
Block angeordneter Nockenwelle angesehen werden. Statt dessen kann
die Nockenwelle 26 entweder als das Einlassventil betätigende Nockenwelle
oder als das Auslassventil betätigende Nockenwelle
eines Motors mit zwei Nockenwellen angesehen werden. In jedem Fall
sind das Kettenrad 32 und die Nockenwelle 26 gemeinsam
drehbar und werden dadurch gedreht, das Drehmoment auf das Kettenrad 32 von
einer endlosen Rollenkette 38 (fragmentarisch dargestellt) übertragen
wird, welche um das Kettenrad 32 und auch eine Kurbelwelle (nicht
gezeigt) geführt
wird. Wie im folgenden noch genauer beschrieben wird, ist das Kettenrad 32 auf der
Nockenwelle 26 oszillierend so gelagert, dass es zumindest über einen
begrenzten Bogen relativ zu der Nockenwelle 26 während der
Drehung der Nockenwelle oszillierbar ist, ein Vorgang, der die Phase der
Nockenwelle 26 relativ zu der Kurbelwelle verstellt.
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Eine ringförmige Pumpflügelanordnung 60 ist
auf der Nockenwelle 26 fest angeordnet, wobei die Flügelanordnung 60 ein
Paar diametral gegenüberliegender,
radial nach außen
vorstehender Flügel 60a, 60b hat
und an einem vergrößerten Endabschnitt 26a der
Nockenwelle 26 durch Schrauben 62 befestigt ist,
die durch die Flügelanordnung 60 hindurch
in den Endabschnitt 26a verlaufen. In dieser Hinsicht ist
die Nockenwelle 26 auch mit einer Schubschulter 26b versehen
(3), um die Nockenwelle relativ
zu einem zugehörigen
Motorblock (nicht gezeigt) genau positionieren zu können. Die
Pumpflügelanordnung 60 ist
ebenfalls präzise
positioniert relativ zu dem Endabschnitt 26a, und zwar
durch einen Fixierstift 64, der dazwischen verläuft. Die
F1ügel 60a, 60b werden
von radial nach außen
ragenden Ausnehmungen 32a bzw. 32b des Kettenrades 32 aufgenommen,
wobei die Umfangserstreckung jeder der Ausnehmungen 32a, 32b etwas
größer als
die Umfangserstreckung des in dieser Ausnehmung angeordneten Flügels 60a, 60b ist,
um begrenzte oszillierende Bewegungen des Kettenrades 32 relativ
zu der Flügelanordnung 60 zu
ermöglichen.
Die Ausnehmungen 32a, 32b sind um die Flügel 60a bzw. 60b herum
durch beabstandete, quer verlaufende ringförmige Platten 66, 68 verschlossen
( 3), welche relativ
zu der Flügelanordnung 60 und
somit relativ zu der Nockenwelle 26 durch Schrauben 70 festgelegt
sind, welche sich von dem einen zum anderen durch denselben Flügel 60a bzw. 60b erstrecken.
Ferner ist der Innendurchmesser 32c des Kettenrades 32 gegenüber dem
Außendurchmesser
des Abschnittes 60d der Flügelanordnung 60 abgedichtet,
welcher zwischen den Flügeln 60a und 60b liegt, und
die Enden der Flügel 60a, 60b der
Flügelanordnung 60 sind
mit Dichtung aufnehmenden Schlitzen 60e bzw. 60f versehen.
Somit ist jede der Ausnehmungen 32a, 32b des Kettenrades 32 in
der Lage, Hydraulikdruck aufrechtzuerhalten, und innerhalb jeder
Ausnehmung 32a, 32b ist der Abschnitt auf jeder Seite
des Flügels 60a bzw. 60b in
der Lage, Hydraulikdruck aufrechtzuerhalten.
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Die Funktionsweise der Konstruktion
der Ausführungsform
der 1 bis 9, soweit sie bisher beschrieben
wurde, lässt
sich unter Bezugnahme auf 10 verstehen.
Hydraulikflüssigkeit
in Form von Motor-Schmieröl
fließt
in die Ausnehmungen 32a, 32b über eine gemeinsame Einlassleitung 82.
Die Einlassleitung 82 endet an einer Verzweigung zwischen
gegenüberliegenden
Rückschlagventilen 84 und 86,
die mit den Ausnehmungen 32a bzw. 32b durch Zweigleitungen 88 bzw. 90 verbunden
sind. Die Rückschlagventile 84, 86 haben
ringförmige
Ventilsitze 84a bzw. 86a, um den Strom von Hydraulikflüssigkeit
durch die Rückschlagventile 84, 86 in
die Ausnehmungen 32a bzw. 32b zu ermöglichen.
Der umgekehrte Strom von Hydraulikflüssigkeit durch die Rückschlagventile 84, 86 wird
durch schwimmende Kugeln 84b bzw. 86b gesperrt,
welche gegen die Ventilsitze 84a, 86a von Federn 84c bzw. 86c angedrückt werden.
Die Rückschlagventile 84, 86 ermöglichen
somit das anfängliche
Füllen
der Ausnehmungen 32a, 32b und sorgen für eine kontinuierliche
Zufuhr von Nachfüll-Hydraulikflüssigkeit,
um Leckagen zu kompensieren. Hydraulikflüssigkeit gelangt in die Leitung 82 über ein
Schieberventil 92, das in der Nockenwelle 26 untergebracht
ist, und Hydraulikflüssigkeit
wird durch Rückführleitungen 94 bzw. 96 aus
den Ausnehmungen 32a, 32b zu dem Schieberventil 92 zurückgeführt.
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Das Schieberventil 92 besteht
aus einem zylindrischen Bauteil 98, und ein Schieber 100 ist
innerhalb des Bauteils 98 gleitend hin- und herbewegbar. Der
Schieber 100 hat zylindrische Stege 100a und 100b an
seinen entgegengesetzten Enden, und die Stege 100a und 100b,
welche eng in das Bauteil 98 eingepasst sind, sind so angeordnet,
dass der Steg 100b den Austritt von Hydraulikflüssigkeit
aus der Rückführleitung 96 sperrt
oder der Steg 100a den Austritt von Hydraulikflüssigkeit
aus der Rückführleitung 94 sperrt
oder die Stege 100a und 100b den Austritt von
Hydraulikflüssigkeit
aus beiden Rückführleitungen 94 und 96 sperren,
wie dies in 10 dargestellt
ist, in der die Nockenwelle 26 in einer gewählten Stellung
relativ zur Kurbelwelle des zugehörigen Motors gehalten wird.
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Die Stellung des Schiebers 100 innerhalb des
Bauteils 98 wird von zwei gegenüberliegenden Federn 102, 104 beeinflusst,
die auf die Enden der Stege 100a bzw. 100b wirken.
Die Feder 102 drückt somit
den Schieber 100 elastisch nach links (in der in 10 gezeigten Ausrichtung),
und die Feder 104 drückt
den Schieber 100 elastisch nach rechts (in dieser Ausrichtung).
Die Stellung des Schiebers 100 innerhalb des Bauteils 98 wird
außerdem
beeinflusst durch einen Vorrat an Druckbeaufschlagter Hydraulikflüssigkeit
innerhalb eines Abschnittes 98a des Bauteils 98 an
der Außenseite
des Steges 100a, was den Schieber 100 nach links
drückt.
Der Abschnitt 98a des Bauteils 98 empfängt Druckmittel
(Motoröl) unmittelbar
von der Hauptölleitung
(MOG = main oil gallery) 130 des Motors, und dieses Öl wird auch
zum Schmieren eines Lagers 132 verwendet, in dem die Nockenwelle 26 des
Motors rotiert.
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Die Steuerung der Stellung des Schiebers 100 innerhalb
des Bauteils 98 erfolgt in Abhängigkeit von Hydraulikdruck
innerhalb eines Steuerdruckzylinders 134, dessen Kolben 134a einer
Verlängerung 100c des
Schiebers 100 anliegt. Die Querschnittsfläche des
Kolbens 134a ist größer als
die Querschnittsfläche
des Endes des Schiebers 100, die dem Hydraulikdruck innerhalb
des Abschnittes 98 ausgesetzt ist, und ist vorzugsweise
zweimal so groß.
Die Hydraulikdrücke,
die in entgegengesetzten Richtungen auf den Schieber 100 wirken,
sind somit ausgeglichen, wenn der Druck innerhalb des Zylinders 134 halb
so groß wie
der Druck innerhalb des Abschnittes 98a ist. Dies erleichtert
die Steuerung des Schiebers 100 insofern, als der Schieber 100,
wenn die Federn 102 und 104 ausgeglichen sind,
in seiner Null- bzw. Mittellage bleibt, wie in 10 dargestellt, und zwar mit weniger
als dem vollen Motor-Öldruck
im Zylinder 134, so dass der Schieber 100 durch
Erhöhen
oder Absenken des Drucks im Zylinder 134 in jede Richtung
bewegt werden kann.
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Der Druck innerhalb des Zylinders 134 wird durch
einen Elektromagneten 106, vorzugsweise der pulsweitenmodulierten
Bauart (PWM), in Abhängigkeit
von einem Steuersignal eines schematisch dargestellten elektronischen
Betriebssteuerge rätes (ECU) 108 gesteuert,
welches herkömmlicher
Bauart sein kann. Wenn der Druck im Zylinder 134 halb so groß ist wie
der Druck im Abschnitt 198a, wie oben beschrieben wurde,
haben die Ein-Aus-Impulse des Elektromagneten 106 in der
Null-Stellung des Schiebers 108 die gleiche Dauer; durch
Erhöhen
oder Verringern der Ein-Dauer relativ zu der Aus-Dauer wird der
Druck im Zylinder 134 relativ zu dem besagten halben Wert
erhöht
oder erniedrigt, wodurch der Schieber 100 nach rechts bzw.
nach links bewegt wird. Der Elektromagnet 106 empfängt Motoröl von der
Motorölleitung 130 durch
eine Einlassleitung 140 und gibt Motoröl aus dieser Quelle wahlweise
an den Zylinder 134 durch eine Zuführleitung 138 ab.
Wie in den 3 und 4 dargestellt ist, kann der
Zylinder 134 an einem freiliegenden Ende der Nockenwelle 26 angebracht
sein, so dass der Kolben 134a an einem freiliegenden Ende 100c des
Schieber 100 anliegt. In diesem Fall ist der Elektromagnet 106 vorzugsweise in
einem Gehäuse 134b untergebracht,
das außerdem
den Zylinder 134a beherbergt.
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Nachfüllöl für die Ausnehmungen 32a, 32b des
Kettenrades 32 für
die Kompensationen von Leckagen wird über einen kleinen, inneren
Kanal 120 innerhalb des Schiebers 100 aus dem
Kanal 98a an einen ringförmigen Raum 98b des
zylindrischen Bauteils 98 abgegeben, aus dem es in die
Einlassleitung 82 fließen
kann. Ein Rückschlagventil 122 ist
innerhalb des Kanals 120 angeordnet, um den Strom von Öl aus dem
ringförmigen
Raum 98b zu dem Abschnitt 98a des zylindrischen
Bauteils 98 zu sperren.
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Die Flügelanordnung 60 wird
abwechselnd im Uhrzeigersinn und entgegen dem Uhrzeigersinn von
den Drehmomentimpulsen in der Nockenwelle 26 gedrückt, und
diese Drehmomentimpulse haben die Tendenz, die Flügelanordnung 60 und
somit die Nockenwelle 26 relativ zu dem Kettenrad 36 oszillieren
zu lassen. In der in 10 gezeigten
Stellung des Schiebers 100 innerhalb des zylindrischen
Bauteils 98 werden jedoch derartige oszillierende Bewegungen
durch die Hydraulikflüssigkeit
innerhalb der Ausnehmungen 32a, 32b des Kettenrades 32 auf
gegenüberliegenden
Seiten der Flügel 60a bzw. 60b der
Flügelanordnung 60 verhindert,
da Hydraulikflüssigkeit
keine der Ausnehmungen 32a, 32b verlassen kann,
weil beide Rückführleitungen 94, 96 durch
die Stellung der Schiebers 100 in dem Systemzu stand der 10 verschlossen sind. Wenn
es beispielsweise erwünscht
ist, die Nockenwelle 26 und die Flügelanordnung 60 entgegen
dem Uhrzeigersinn relativ zu dem Kettenrad 32 zu bewegen,
ist lediglich erforderlich, den Druck innerhalb des Zylinders 34 auf
einen Wert zu erhöhen,
der größer als
die Hälfte
desjenigen in dem Abschnitt 98a des zylindrischen Bauteils
ist. Dies drückt
den Schieber 100 nach rechts und gibt somit die Rückführleitung 94 frei.
In diesem Zustand der Vorrichtung pumpen Drehmomentimpulse in der Nockenwelle 26 entgegen
dem Uhrzeigersinn Strömungsmittel
aus einem Abschnitt der Ausnehmung 32a, und sie ermöglichen,
dass der Flügel 62a der Flügelanordnung 60 sich
in denjenigen Abschnitt der Ausnehmung bewegt, aus dem Hydraulikflüssigkeit entleert
wurde. Eine umgekehrte Bewegung der Flügelanordnung erfolgt jedoch
nicht, wenn die Drehmomentimpulse in der Nockenwelle entgegengesetzt gerichtet
werden, es sei denn, der Schieber 100 bewegt sich nach
links, da ein Fluidstrom durch die Rückführleitung 96 von dem
Steg 100b des Schiebers 100 gesperrt wird. Wenngleich
als getrennter geschlossener Kanal in 10 dargestellt,
hat der Umfang der Flügelanordnung 60 einen
offenen Ölkanalschlitz,
und zwar das Element 60c in den 1, 2, 6, 7 und 8,
was die Übertragung
von Öl
zwischen dem Abschnitt der Ausnehmung 32a auf der rechten Seite
des Flügels 60a und
dem Abschnitt der Ausnehmung 32b auf der rechten Seite
des Flügels 60b erlaubt,
welche die nicht aktiven Seiten der Flügel 60a, 60b sind;
somit erfolgt eine Bewegung der Flügelanordnung 60 entgegen
dem Uhrzeigersinn relativ zu dem Kettenrad 32, wenn eine
Strömung
durch die Rückführleitung 94 ermöglicht wird,
und eine Bewegung im Uhrzeigersinn erfolgt, wenn eine Strömung durch
die Rückführleitung 96 ermöglicht wird.
Außerdem
ist der Kanal 82 mit einer Verlängerung 82a zu der
nicht aktiven Seite eines der Flügel 60a, 60b,
in der Darstellung des Flügels 60b,
versehen, um eine kontinuierliche Zufuhr von Nachfüllöl zu den
nicht aktiven Seiten der Flügel 60a, 60b zwecks
besseren Drehausgleichs, verbesserter Dämpfung der Flügelbewegung
und verbesserter Schmierung der Lagerflächen der Flügelanordnung 60 zu
ermöglichen.
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Die Bauteile der Konstruktion der 1 bis 9, die den oben beschriebenen Bauteilen
der 10 entsprechen,
sind in den 1 bis 9 mit den Bezugszeichen,
die in 10 verwendet
wurden, bezeichnet, wobei erwähnt
sei, dass die Rückschlagventile 84 und 86 scheibenförmige Rückschlagventile
in den 1 bis 9 sind, im Gegensatz zu den
kugelförmigen Rückschlagventilen
der 10. Wenngleich scheibenförmige Rückschlagventile
für die
Ausführungsform
der 1 bis 9 bevorzugt werden, versteht
es sich jedoch, dass auch andere Arten von Rückschlagventilen verwendet
werden können.
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In der Ausführungsform der 11 und 12 sind
die verschiedenen Bauteile durch Bezugszeichen mit 3 Ziffern bezeichnet,
wenn ein Bauteil der Ausführungsform
der 11 und 12 einem Bauteil der Ausführungsform
der 1 bis 10 entspricht; die letzten
beiden Ziffern des Bauteils der Ausführungsform der 11 und 12 sind
die Bezugszeichen für das
entsprechende Bauteil der Ausführungsform
der 1 bis 10, und die erste Ziffer
ist um eine Ziffer höher
als die des entsprechenden Bauteils der Ausführungsform der 1 bis 10.
Somit ist bei der Ausführungsform
der 11 und 12 eine veränderliche
Nockenwellen-Zeitsteuereinrichtung (VCT-Einrichtung) vorgesehen,
bei der ein Gehäuse
in Form eines Kettenrades 132 auf einer Nockenwelle 126 oszillierend gelagert
ist. Die Nockenwelle 126 kann als die einzige Nockenwelle
eines Einnockenwellen-Motors
entweder der Bauart mit oben gelagerter Nockenwelle oder der Bauart
mit Nockenwelle in Blockform angesehen werden. Stattdessen kann
die Nockenwelle 126 als die das Einlassventil betätigende
Nockenwelle oder die das Auslassventil betätigende Nockenwelle eines Motors
mit zwei Nockenwellen angesehen werden. In jedem Fall sind das Kettenrad 132 und
die Nockenwelle 126 zusammen drehbar und werden dadurch
gedreht, dass das Drehmoment auf das Kettenrad 132 von
einer endlosen Rollenkette 138 (fragmentarisch dargestellt) übertragen
wird, welche um das Kettenrad 132 und auch um eine Kurbelwelle
(nicht gezeigt) geführt
wird. Wie im folgenden genauer beschrieben wird, ist das Kettenrad 132 auf
der Nockenwelle 126 oszillierend gelagert, so dass sie
zumindest über
einen begrenzten Bogen relativ zu der Nockenwelle 126 während der
Drehung der Nockenwelle oszillierbar ist, ein Vorgang, der die Phase
der Nockenwelle 126 relativ zu der Kurbelwelle verstellt.
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Eine ringförmige Pumpflügelanordnung 160 ist
auf der Nockenwelle 126 fest angeordnet, wobei die Flügelanordnung 160 zwei
diametral gegenüberliegende,
radial nach außen
ragende Flügel 160a, 160b hat
und an einem vergrößerten Endab schnitt 126a der
Nockenwelle 126 durch Schrauben 162 befestigt
ist, die durch die Flügelanordnung 160 hindurch
in den Endabschnitt 126a verlaufen. Die Flügel 160a, 160b werden
von radial nach außen
vorstehenden Ausnehmungen 132a bzw. 132b des Kettenrades 132 aufgenommen,
wobei die Umfangserstreckung jeder der Ausnehmungen 132a, 132b etwas größer als
die Umfangserstreckung des Flügels 160a, 160b ist,
der in dieser Ausnehmung angeordnet ist, um begrenzte oszillierende
Bewegungen des Kettenrades 132 relativ zu der Flügelanordnung 160 zu
ermöglichen.
Die Ausnehmungen 132a, 132b sind um die Flügel 160a bzw. 160b herum
durch beabstandete, quer verlaufende ringförmige Platten 166, 168 verschlossen,
die relativ zu der Flügelanordnung 160 und
somit relativ zu der Nockenwelle 126 durch Schrauben 170 festgelegt
sind, welche sich von der einen zur anderen durch denselben Flügel 160a oder 160b erstrecken.
Außerdem
ist der Innendurchmesser 132c des Kettenrades 132 bezüglich des
Außendurchmessers
des Abschnittes 160d der Flügelanordnung 160,
welcher zwischen dem Flügel 160a, 160b liegt,
abgedichtet, und die Enden der Flügel 160a, 160b der
Flügelanordnung 160 sind
mit dichtungsaufnehmenden Schlitzen 160e bzw. 160f versehen,
welche mit der diametralen Fläche 132d innerhalb
jeder der Ausnehmungen 132a, 132b dichtend in
Eingriff treten können.
Somit ist jede der Ausnehmungen 132a, 132b des
Kettenrades 132 in der Lage, Hydraulikdruck aufrechtzuerhalten,
und innerhalb jeder Ausnehmung 132a, 132b ist
der Abschnitt auf jeder Seite des Flügels 160a bzw. 160b in
der Lage, Hydraulikdruck aufrechtzuerhalten. Die ringförmige Platte 168 ist
mit mehreren radial verlaufenden Vorsprüngen 168a–168e versehen,
die nicht gleichmäßig um ihre
Außenseite
herum beabstandet sind, damit ein Positionssensor (nicht gezeigt)
die Umfangslage der Platte 168 und der Flügelanordnung 160 auf der
Grundlage des Abstandes zu bestimmen, der zwischen einem benachbarten
Paar derartiger Vorsprünge
während
eines Messschrittes detektiert wird.
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Die VCT-Einrichtung der Ausführungsform der 11 und 12 ist mit einem Schieberventil 192 und
Rückschlagventilen 184, 186 versehen,
die hinsichtlich Aufbau und Funktionsweise dem Schieberventil 92 und
den Rückschlagventilen 84 bzw. 86 der Ausführungsform
der 1 bis 10 entsprechen.
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Bei niedrigem Hydraulikdruck innerhalb
des Kettenrades 132, beispielsweise während und kurz nach dem Wiederstart
des Motors, der eine derartige VCT-Einrichtung enthält, und
zwar im Fall einer VCT-Einrichtung, die durch druckbeaufschlagtes
Motor-Schmieröl
betätigt
wird, ist die Flügelanordnung 160 mit
dem Kettenrad 132 durch einen Bolzen 250 verriegelt,
die innerhalb eines Kanals 252 in dem Kettenrad 132 gleitend
hin- und herbewegbar ist, wobei der Kanal 252 zu der längsverlaufenden
Drehachse der Nockenwelle 126 beabstandet und parallel
verlaufend angeordnet ist. Der Bolzen 250 hat ein äußeres oder
voreilendes Ende 250a, das halbkugelförmig ausgebildet ist, und an
dem gegenüberliegenden Ende
des Bolzens 250 greift eine Druckfeder 254 an, die
innerhalb des Kanals von einem Federfänger 256 gehalten
wird, um das Ende 250a des Bolzens 250 aus dem
Kanal 252 nach außen
vorzuspannen. Die Bewegung des Bolzens 250 aus dem Kanal 252 heraus
nach außen
wird von der Platte 168 begrenzt, die mit der Flügelanordnung 160 rotiert,
wie oben beschrieben wurde.
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Die Platte 168 hat eine
nach außen
vorstehende Wölbung 168f,
die eine einwärts
gerichtete Tasche 168g halbkugelförmiger Gestalt definiert, deren Krümmungsradius
etwas größer als
der des Endes 250a des Bolzens 250 ist. Die Tasche 168g ist
zu dem Kanal 252 in einer vorgegebenen Stellung der Flügelanordnung 160 relativ
zum Kettenrad 132 ausgerichtet, und zwar vorzugsweise,
wenn jeder der Flügel 160a, 160b in
der Mitte seiner Bewegungsbahn innerhalb seiner Ausnehmung 132a bzw. 132b angeordnet
ist. Die Feder 254 ist somit frei, um das Ende 250a des
Bolzens 250 in die Tasche 168g der Platte 168 zu
drücken,
wenn der Kanal 252 und die Tasche 168g zueinander
ausgerichtet sind. Wenn jedoch die Tasche 168g mit dem
Motoröl
oder einer anderen Hydraulikflüssigkeit,
die in der VCT-Einrichtung
dieser Ausführungsform
verwendet wird, durch einen Kanal 132e im Kettenrad 132 in
Verbindung steht, und wenn diese Hydraulikflüssigkeit druckbeaufschlagt
ist, wie dies bei normalem Betrieb des Motors der Fall ist, hält der Hydraulikdruck
innerhalb der Tasche 168g sämtliche Abschnitte des Bolzens 250 innerhalb
des Kanals 252, um oszillierende Bewegungen der Flügelanordnung 160 relativ
zu dem Kettenrad 132 zu ermöglichen, wie sie von einem
Motor-Betriebssteuergerät
entsprechend dem Motor-Betriebssteuergerät 108 der Ausführungsform
der
1 bis 10 oder in anderer Weise
gesteuert wird. Auf diese Weise erfüllt der Bolzen 250 automatisch die
Funktion, die Stellung der Flügelanordnung 160 relativ
zu dem Kettenrad 132 nur bei niedrigem Hydraulikdruck zu
verriegeln bzw. zu sperren, wenn die Flügelanordnung 160 andernfalls
wegen unzureichenden Hydraulikdrucks für einen einwandfreien Betrieb
sich fehlerhaft verhalten könnte.
Solche ein Zustand könnte
andernfalls zu unerwünschten
Stößen zwischen
den Flügeln 160a, 160b der
Flügelanordnung 160 und
den Flächen
der Ausnehmungen 132a bzw. 132b des Kettenrades 132,
von denen sie aufgenommen werden, führen, woraus starke Geräusche und
Stoßschäden möglicherweise
resultieren.