EP1164255A1 - Vorrichtung zur relativen Drehwinkelverstellung einer Nockenwelle einer Brennkraftmaschine zu einem Antriebsrad - Google Patents

Vorrichtung zur relativen Drehwinkelverstellung einer Nockenwelle einer Brennkraftmaschine zu einem Antriebsrad Download PDF

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EP1164255A1
EP1164255A1 EP01112997A EP01112997A EP1164255A1 EP 1164255 A1 EP1164255 A1 EP 1164255A1 EP 01112997 A EP01112997 A EP 01112997A EP 01112997 A EP01112997 A EP 01112997A EP 1164255 A1 EP1164255 A1 EP 1164255A1
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EP
European Patent Office
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inner part
pressure
cellular wheel
locking pin
oil
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EP01112997A
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Gerold Sluka
Edwin Palesch
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Dr Ing HCF Porsche AG
Hilite Germany GmbH
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Dr Ing HCF Porsche AG
Hydraulik Ring GmbH
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    • F—MECHANICAL ENGINEERING; LIGHTING; HEATING; WEAPONS; BLASTING
    • F01—MACHINES OR ENGINES IN GENERAL; ENGINE PLANTS IN GENERAL; STEAM ENGINES
    • F01L—CYCLICALLY OPERATING VALVES FOR MACHINES OR ENGINES
    • F01L1/00—Valve-gear or valve arrangements, e.g. lift-valve gear
    • F01L1/34—Valve-gear or valve arrangements, e.g. lift-valve gear characterised by the provision of means for changing the timing of the valves without changing the duration of opening and without affecting the magnitude of the valve lift
    • F01L1/344—Valve-gear or valve arrangements, e.g. lift-valve gear characterised by the provision of means for changing the timing of the valves without changing the duration of opening and without affecting the magnitude of the valve lift changing the angular relationship between crankshaft and camshaft, e.g. using helicoidal gear
    • F01L1/3442—Valve-gear or valve arrangements, e.g. lift-valve gear characterised by the provision of means for changing the timing of the valves without changing the duration of opening and without affecting the magnitude of the valve lift changing the angular relationship between crankshaft and camshaft, e.g. using helicoidal gear using hydraulic chambers with variable volume to transmit the rotating force
    • Y—GENERAL TAGGING OF NEW TECHNOLOGICAL DEVELOPMENTS; GENERAL TAGGING OF CROSS-SECTIONAL TECHNOLOGIES SPANNING OVER SEVERAL SECTIONS OF THE IPC; TECHNICAL SUBJECTS COVERED BY FORMER USPC CROSS-REFERENCE ART COLLECTIONS [XRACs] AND DIGESTS
    • Y10—TECHNICAL SUBJECTS COVERED BY FORMER USPC
    • Y10T—TECHNICAL SUBJECTS COVERED BY FORMER US CLASSIFICATION
    • Y10T74/00—Machine element or mechanism
    • Y10T74/21—Elements
    • Y10T74/2101—Cams
    • Y10T74/2102—Adjustable

Definitions

  • the invention relates to a device for the relative rotation angle adjustment Camshaft of an internal combustion engine to a drive wheel according to the genus of Main claim.
  • Bucket tappets that open and close inlet and outlet valves are placed on the rotor of the camshaft adjuster, since it is connected to the camshaft in a rotationally fixed manner, Transfer alternating torques (rising - running cams).
  • This from the Alternating torques caused by the camshaft lead to periodic changes in the rotational position of the rotor against the stator of the camshaft adjuster, which in certain Operating states of the internal combustion engine, especially in idle mode, to one lead to undesired adjustment of the intake and exhaust times of the camshaft if that Locking element is already unlocked.
  • the locking element of the camshaft adjuster is not present can be locked.
  • the camshaft of an internal combustion engine is shown schematically at 2 indicated, at the free end of the rotor, hereinafter referred to as inner part 4, an adjusting device 6 is arranged in a rotationally fixed manner.
  • the inner part 4 is in this Embodiment provided with five radially arranged webs 8a to 8e, the from a hub 10 of the inner part 4 go out.
  • the web 8a has two on its side faces Control edges 9a and 9b, whose function will be explained in more detail later.
  • the Inner part 4 is surrounded in the region of its webs 8a to 8e by a cellular wheel 12 which is provided with five inwardly projecting radial webs 14a to 14e.
  • the outer circumference of the cellular wheel 12 is, for example, as a chain or toothed belt wheel Trained drive wheel (not shown) for driving the camshaft 2 arranged.
  • the cellular wheel 12 representing the stator of the adjusting unit 6 is opened its end facing the camshaft 2 is closed off by a disk 16, which is rotatably and sealingly guided on the hub 10 of the inner part 4.
  • the opposite end face of the cellular wheel 12 is also from a disk 18th closed, the disks 16 and 18 and the cellular wheel 12 not over screws shown are firmly connected.
  • the in the webs 14a to 14e Through holes 20 provided in the cellular wheel 12 serve for receiving or Guide these mounting screws.
  • the pressure chambers 22a to 22e are in each case via a radial bore 28a to 28e Hub 10 of the inner part 4 connected to an annular space 30 which is between the Fixing screw 25 for the adjustment unit 6 and the wall sections of the in of the hub 10 provided central bore 26, wherein the annular space 30th is closed at the end by the head 31 of the screw 25.
  • the annular space 30 is via a plurality of bores made radially in the camshaft 2 32 connected to an annular groove 34 arranged on the outer circumference of the camshaft 2.
  • the pressure spaces 24a to 24e are connected via radial bores 36a to 36e with an am Outer periphery of the camshaft 2 arranged annular groove 38 connected via an axial in the camshaft 2 arranged bore 40 to another, also on The outer circumference of the camshaft 2 leads the annular groove 42.
  • the two ring grooves 34 and 42 are each via a acting as a rotary union Camshaft bearing 44 connected to a control line A and B.
  • the two Control lines A and B are with, for example, a 4/2 proportional control valve trained control valve 48 connected.
  • This control valve 48 is also with a pressure medium pump 49 and an oil tank 50 connected.
  • a check valve 51 is arranged in the pressure line P.
  • the present exemplary embodiment is the adjusting unit 6 with its in FIGS. 1 to 3 provided end position for the adjustment of an exhaust camshaft, wherein the cellular wheel 12 is driven counterclockwise while the Inner part 4 adjusted clockwise in the direction of "late" opening of the exhaust valves can be.
  • end position of the adjusting unit 6 is a in the web 8a Bore 52 provided in the one locking element, in the following as Designated locking pin 53 is arranged.
  • the bore 52 is as Stepped bore formed, wherein in the larger bore section 54 with a Ring shoulder 55 provided part of the locking pin 53 is guided.
  • the Locking pin 53 has a bore 56 in which a compression spring 57 is arranged between the bottom of the bore 56 and one on the disk 18 supporting plastic disk 58 arranged in the bore section 54 is clamped.
  • the plastic disc 58 has a central opening 59, which with a channel 60 leading back to the tank 50 is connected, via which when moving of the locking pin 53 against the spring force of the compression spring 57 in the bore 52 located leakage oil is returned to the tank 50.
  • the channel 60 is thereby formed by a groove arranged in the web 8a, through the cover 18 except for one Opening 46 is closed.
  • a radial leads from the bottom region of the bore section 54 of the bore 52 Through hole 61 to the end face of the web 8a.
  • an opening formed on the inside of the cellular wheel 12 62 via which, as will be described in more detail later, one by the Ring shoulder 55, the inner wall of the bore 54 and the outer wall of the Locking pin 53 formed annular chamber 100 oil is supplied.
  • an elongated hole 63 is made, in which the locking pin 53 is locked can be.
  • the elongated hole 63 extends in the radial direction, so that at a slightly different from the end position of the adjusting unit 6 rotary position of the inner part 4 a locking of the locking pin 53 is already possible.
  • the internal combustion engine is out of operation, i.e. at standstill.
  • the Locking pin 53 is in the locked position, i.e. he's through that Compression spring 57 locked in the bore 63 of the disc 16.
  • This is the Adjustment unit 6 in its end position, that of an "early" opening or closing time the exhaust valves of the internal combustion engine actuated via cams and cam followers corresponds. Remains during the starting process until the idling speed is reached the engine oil pressure, which is used to adjust the inner part 4 relative to the cellular wheel 12 Adjustment unit 6 is used, below the unlocking minimum pressure.
  • the Control valve 48 is de-energized, so the pressure lines via control line A. 24a to 24e oil supplied.
  • the control valve 48 remains currentless in its basic position.
  • the hydraulic connection of the pressure chamber 24a to the annular chamber 100 is still open, while the web 8a or the right one Control edge 9b further separates the pressure chamber 22a and the pocket 62.
  • the engine oil pressure increases and exceeds the minimum unlocking pressure at which the locking pin 53 via the oil pressure present in the annular chamber 100 his ring shoulder 55 against the spring force of the compression spring 57 in the unlocked Position is transferred.
  • the engine reaches an adjustment speed at which the control valve 48 is energized; thus the oil pressure is supplied via the control line B, which via the Annular groove 34, the radial bores 32, the annular space 30 and the radial bores 28a to 28e the pressure chambers 22a to 22e are supplied with oil. Since the passage from Pressure chamber 24a via pocket 62 and radial bore 61 to annular chamber 100 is still open, but the pressure oil supply via control line A to Annular chamber 100 no longer takes place, the oil pressure present in the annular chamber 100 drops from. The locking pin 53 still remains in its unlocked position simultaneously via the control line B, the channel 65 oil and the blind hole 64 oil End face 66 of the locking pin 53 is supplied.
  • the inner part 4 moves another step in the direction of the adjustment position, whereby the web 8a reaches a position in which it with its left and right Control edge 9a and 9b the pocket 62 both from the pressure chamber 22a and from Pressure chamber 24a closes here, so that in this state neither oil to the annular chamber 100 still reaches the blind hole 64. Nevertheless, the locking pin 53 remains in its unlocked position as it is hydraulically clamped and therefore no oil is over the pressure spaces 22a and 24a can escape.
  • the engine speed continues to increase due to the oil pressure supply to the pressure rooms 22a to 22e, the inner part 4 of the adjustment unit 6 is moved a further step in Moved in the direction of the adjustment position, with the pressure chamber 22a at the same time End face 66 of the locking pin 53 supplied pressure is maintained.
  • the Web 8a assumes a position with respect to pocket 62, in which the right one Control edge 9b of the web 8a of the hydraulic passage to the annular chamber 100 the pressure chamber 22a is released, so that the unlocked position of the Locking pin 53 is maintained.
  • the left control edge 9a hydraulic passage from the pressure chamber 24a to the annular space 100 is kept closed.
  • the motor has reached an adjustment speed at which the webs 8a to 8b are in contact 8e of the inner part 4 on the webs 14a to 14e of the cellular wheel 12 is the maximum Adjustment path is reached.
  • control valve 48 is no longer energized, whereby it returns to its basic position and the oil pressure supply is now restored via the control line A to the pressure chambers 24a to 24e. It is hydraulic passage from the pressure chamber 22a to the pocket 62 open, but not the Transition from the pocket 62 to the radial bore 61 arranged in the web 8a, so that the oil pressure in the annular chamber 100 is maintained and the locking pin 53 remains in the unlocked position.
  • the engine speed continues to decrease, the control valve 48 remains de-energized in its Basic position and the inner part 4 of the adjustment unit 6 moves further in the direction its original locked end position.
  • the one leading to the ring chamber 100 Hydraulic channel (pocket 62, bore 61) is due to the position of the web 8a closed both from the pressure chamber 22a and from the pressure chamber 24a.
  • Both the to the annular chamber 100 leading hydraulic channel and to the end face 66 of the Locking pin 53 leading channel 65 are hydraulically relieved. That leaves the Locking pin 53 in its locked position.
  • the inner part 4 of the adjustment unit 6 has reached its end position, i.e. the webs 8a to 8e of the inner part 4 are again on the webs 14a to 14e of the cellular wheel 12.
  • the hydraulic passage from the pressure chamber 24a to the annular chamber 100 is still open, while the hydraulic connection from the pressure chamber 22a to the annular chamber 100 closed is. If the engine oil pressure drops, e.g. when switching off the engine, below the Unlocking oil pressure from, due to the spring force of the compression spring 57 Locking pin 53 securely transferred back to its locked position. So that is ensures that when the engine restarts from a state assuming that the locking pin 53 is in its locked position located.
  • the inner part 4 of the adjustment unit 6 can however, only move to a position shown in Fig. 8, which is approximately 1 to 1.5 ° Adjustment angle corresponds. Then namely the oil pressure supply via the pressure chamber 24a Annular chamber 100 closed, while the oil pressure in the annular chamber 100 is present is reduced via the pressure chamber 22a and the control line B: Because in this Position of the locking pin 53 still overlapping with the elongated hole 63 is located, the adjustment unit 6 is locked again and the inner part 4 moves again back to its end position. This ensures that despite the alternating torques the camshaft, the inner part 4 of the adjusting unit 6 does not move into an uncontrolled manner undesired adjustment position moved.
  • the inner part 4 becomes due to the expiring moment of the cams moved or pressed in the adjustment direction.
  • the control valve 48 is in a de-energized state its basic position.
  • the movement of the inner part 4 in the direction of adjustment Pressure chamber 24a additionally built up oil pressure; however, the pressure space 24a may be due to of the check valve 51 arranged in the pressure line P is not hydraulically relieved become.
  • the inner part 4 or the web 8a again reaches its one in FIG. 8 position shown, the annular chamber is analogous to the idle operation described 100 hydraulically relieved and the locking pin 53 in the elongated hole 63 locked so that when the engine is restarted it is ensured that the Adjustment unit 6 is in its locked end position.
  • a second embodiment of the invention shown in Figures 15 to 25 differs only in its constructive execution, whereby for the same components, the reference numerals are retained. Opposite the first The embodiment is the opening whose passage to the pressure spaces 22a and 24a in Dependence on the adjustment position of the inner part 4 is controlled as one in the Disc 16 arranged, at the ends closed elongated hole 62 'formed. The Elongated hole 62 'is in turn with a hole radially arranged in the web 8a 61 'connected to the annular chamber 100.
  • the exemplary embodiment is the hydraulic flow from the pressure chamber 24a or 22a the elongated hole 62 'and the hole 61' to the annular chamber 100 depending on controlled the rotational position of the inner part 4.
  • the side surfaces of the web 8a act here again as control edges 9a 'and 9b'.
  • the shown in Figures 15 to 25 Locking and adjustment states correspond to those in FIGS. 4 to 14 shown states according to the first embodiment, with the Description for the first embodiment is expressly made.
  • the device according to the invention is also for the adjustment of an intake camshaft suitable, in addition, the opening 62 or 62 'at other points of the Stator of the adjustment unit 6 may be arranged.

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Abstract

Die Erfindung betrifft eine Vorrichtung zur relativen Drehwinkelverstellung einer Nockenwelle einer Brennkraftmaschine zu einem Antriebsrad, mit einem drehfest mit der Nockenwelle (2) verbundenen Innenteil (4), das zumindest annähernd radial verlaufende Stege (8a bis 8a) oder Flügel aufweist, und mit einem angetriebenen Zellenrad (12), dass mehrere über den Umfang verteilte, durch Stege (14a bis 14e) begrenzte Zellen aufweist, die von den darin winkelbeweglich geführten Stegen oder Flügeln des Innenteils in zwei Druckräume unterteilt sind, bei deren hydraulischer Druckbeaufschlagung bzw. Druckentlastung über Steuerleitungen die Nockenwelle über die Stege oder Flügel zwischen zwei Endstellungen relativ zum Zellenrad (12) verdrehbar ist, und mit mindestens einer zwischen Innenteil (4) und Zellenrad (12) wirksamen Verrieglungseinrichtung, die ein bewegliches Verriegelungselement (53) aufweist, dass mit mindestens einem Gegenelement im jeweils anderen der beiden Bauteile Zellenrad (12) oder Innenteil (4) zusammenwirkt, wodurch das Innenteil (4) gegenüber dem Zellenrad (12) in mindestens einer Endlage verriegelbar ist, wobei die Ver- bzw. Entriegelung des Verriegelungselementes (53) über mindestens einen zum Verriegelungselement (53) führenden Ölkanal (61, 61') erfolgt. Es wird vorgeschlagen, dass zwischen zwei Druckräumen (22a, 24a) im oder am Zellenrad (12) eine mit dem Ölkanal (61, 61') verbundene Öffnung (62, 62') angeordnet ist, deren Durchgang zu den beiden Druckräumen (22a, 24a) in Abhängigkeit von der Verstellposition des Innenteils (4) gesteuert ist. Damit wird eine sichere Arretierung des Nockenwellenverstellers erreicht. <IMAGE>

Description

Die Erfindung betrifft eine Vorrichtung zur relativen Drehwinkelverstellung einer Nockenwelle einer Brennkraftmaschine zu einem Antriebsrad nach der Gattung des Hauptanspruchs.
Aus der DE 196 23 818 A1 ist eine gattungsgemäße Vorrichtung bekannt, bei der mit Hilfe eines im Rotor des Nockenwellenverstellers angeordneten Verriegelungselementes der Nockenwellenversteller in einer Endlage arretiert werden kann. Über zum Verriegelungselement führende Ölleitungen kann das Verriegelungselement aus seiner Verriegelungsposition in eine entriegelte Position überführt werden. Ist der Nockenwellenversteller entriegelt, können durch hydraulische Verstellung des Rotors relativ zum Antriebsrad der Nockenwelle die Steuerzeiten der Einlaß- bzw. Auslaßventile einer Nockenwelle in gewünschter Weise verändert werden. Aufgrund der auf der Nockenwelle angeordneten Nocken, die über entsprechende Nockenfolger, wie z.B. Tassenstössel, die Ein- bzw. Auslaßventile öffnen und schließen, werden auf den Rotor des Nockenwellenverstellers, da er drehfest mit der Nockenwelle verbunden ist, Wechselmomente (auflaufende - ablaufende Nocken) übertragen. Diese von der Nockenwelle verursachten Wechselmomente führen zu periodischen Drehlageänderungen des Rotors gegenüber dem Stator des Nockenwellenverstellers, die in bestimmten Betriebszuständen der Brennkraftmaschine, insbesondere im Leerlaufbetrieb, zu einer unerwünschten Verstellung der Ein- bzw. Auslaßzeiten der Nockenwelle führen, wenn das Verriegelungselement bereits entriegelt ist. Weiterhin besteht beim Abschalten der Brennkraftmaschine die Gefahr, dass aufgrund eines weiterhin am Verriegelungselement anliegenden Öldruckes das Verriegelungselement des Nockenwellenverstellers nicht verriegelt werden kann.
Es ist demgegenüber die Aufgabe der Erfindung, eine gattungsgemäße Vorrichtung zur relativen Drehwinkelverstellung einer Nockenwelle zu ihrem Antriebsrad dahingehend zu verbessern, dass trotz bestimmter Betriebszustände, in denen die Verstelleinheit nicht mehr oder noch nicht aktiv ist, eine sichere und zuverlässige Verriegelung des Nockenwellenverstellers durch das oben angeführte Verriegelungselement erfolgt.
Diese Aufgabe wird erfindungsgemäß durch die Merkmale des Hauptanspruchs gelöst.
Durch eine zwischen zwei Druckräumen eines Zellenrades angeordnete Öffnung, die mit einem zum Entriegeln des Verriegelungselementes im Rotor vorgesehenen Ölkanal verbunden ist und deren Querschnitt in Abhängigkeit von der Drehlageposition des Rotors gesteuert ist, kann einerseits das Verriegelungselement über den einen Druckraum entriegelt werden, während bei einer zweiten, insbesondere durch Wechselmomente der Nockenwelle verursachten Drehlageänderung des Rotors über den anderen Druckraum eine hydraulische Entlastung des Ölkanals erfolgt, so dass das Verriegelungselement wieder sicher in eine verriegelte Position überführbar ist. Auch beim Abschalten der Brennkraftmaschine wird mit Hilfe der Öffnung der zum Verriegelungselement führende Ölkanal hydraulisch entlastet, so das sichergestellt ist, dass auch im Stillstand der Brennkraftmaschine das Verriegelungselement wieder arretiert ist.
Weiter Vorteile und vorteilhafte Weiterbildungen der Erfindung ergeben sich aus den Unteransprüchen und der Beschreibung.
Zwei Ausführungsbeispiele der Erfindung sind in de nachfolgenden Beschreibung und Zeichnungen näher erläutert.
Es zeigen
Fig. 1
einen Längsschnitt durch die Verstelleinheit,
Fig. 2
einen Schnitt entlang der Linie II - II in Fig. 1,
Fig. 3
einen Schnitt entlang der Linie III - III in Fig. 1,
Fig. 4 - Fig. 9
verschiedene Betriebszustände der Verstelleinheit in Verstellrichtung,
Fig. 10 - Fig. 14
verschiedene Betriebszustände der Verstelleinheit in Rückstellrichtung,
Fig. 15 - Fig. 20
verschiedene Betriebszustände der Verstelleinheit in Verstellrichtung nach einem zweiten Ausführungsbeispiel,
Fig. 21 - Fig. 25
verschiedene Betriebszustände der Verstelleinheit in Rückstellrichtung nach einem zweiten Ausführungsbeispiel.
Beschreibung der Ausführungsbeispiele
In der Zeichnung ist mit 2 schematisch die Nockenwelle einer Brennkraftmaschine angedeutet, an deren freien Ende der Rotor, im folgenden als Innenteil 4 bezeichnet, einer Verstellvorrichtung 6 drehfest angeordnet ist. Das Innenteil 4 ist in diesem Ausführungsbeispiel mit fünf radial angeordneten Stegen 8a bis 8e versehen, die von einer Nabe 10 des Innenteils 4 ausgehen. Der Steg 8a weist an seinen Seitenflächen zwei Steuerkanten 9a und 9b auf, deren Funktion später noch näher erläutert wird. Das Innenteil 4 wird im Bereich seiner Stege 8a bis 8e von einem Zellenrad 12 umfasst, das mit fünf nach innen ragenden radialen Stegen 14a bis 14e versehen ist. Auf dem Aussenumfang des Zellenrades 12 ist das beispielsweise als Ketten- oder Zahnriemenrad ausgebildete Antriebsrad (nicht dargestellt) für den Antrieb der Nockenwelle 2 angeordnet. Das den Stator der Verstelleinheit 6 darstellende Zellenrad 12 wird auf seiner der Nockenwelle 2 zugewandten Stirnseite von einer Scheibe 16 abgeschlossen, die drehbeweglich und dichtend auf der Nabe 10 des Innenteils 4 geführt ist. Die gegenüberliegende Stirnseite des Zellenrades 12 wird ebenfalls von einer Scheibe 18 verschlossen, wobei die Scheiben 16 und 18 und das Zellenrad 12 über nicht dargestellte Schrauben fest miteinander verbunden sind. Die in den Stegen 14a bis 14e im Zellenrad 12 vorgesehenen Durchgangsbohrungen 20 dienen der Aufnahme bzw. Führung dieser Befestigungsschrauben. Durch die Stege 14a bis 14e des Zellenrades 12 werden fünf durch die Scheiben 16 und 18 in axialer Richtung begrenzte Zellen ausgebildet, die durch die Stege 8a bis 8e des Innenteils 4 in jeweils zwei Druckräume 22a bis 22e bzw. 24a bis 24e unterteilt sind. Das Innenteil 4 und das auf diesem drehbar geführte Zellenrad 12 sind durch eine Schraube 25 miteinander verbunden. Dazu weist die Nabe 10 eine mit einem Gewinde versehene zentrale Bohrung 26 auf.
Die Druckräume 22a bis 22e sind jeweils über eine radiale Bohrung 28a bis 28e in der Nabe 10 des Innenteils 4 mit einem Ringraum 30 verbunden, der sich zwischen der Befestigungsschraube 25 für die Verstelleinheit 6 und den Wandungsabschnitten der in der Nabe 10 vorgesehenen zentralen Bohrung 26 ausbildet, wobei der Ringraum 30 durch den Kopf 31 der Schraube 25 endseitig verschlossen ist.
Der Ringraum 30 ist über mehrere in der Nockenwelle 2 radial eingebrachte Bohrungen 32 mit einer am Außenumfang der Nockenwelle 2 angeordneten Ringnut 34 verbunden. Die Druckräume 24a bis 24e sind über radiale Bohrungen 36a bis 36e mit einer am Außenumfang der Nockenwelle 2 angeordneten Ringnut 38 verbunden, die über eine axial in der Nockenwelle 2 angeordnete Bohrung 40 zu einer weiteren, ebenfalls am Außenumfang der Nockenwelle 2 ausgebildeten Ringnut 42 führt.
Die beiden Ringnuten 34 und 42 sind jeweils über ein als Drehdurchführung wirkendes Nockenwellenlager 44 mit einer Steuerleitung A und B verbunden. Die beiden Steuerleitungen A und B sind mit einem beispielsweise als 4/2-Proportionalregelventil ausgebildeten Steuerventil 48 verbunden. Dieses Steuerventil 48 ist darüber hinaus mit einer Druckmittelpumpe 49 und einem Öltank 50 verbunden. Unmittelbar hinter der Druckmittelpumpe 49 ist in der Druckleitung P ein Rückschlagventil 51 angeordnet. Im vorliegenden Ausführungsbeispiel ist die Verstelleinheit 6 mit ihrer in den Figuren 1 bis 3 dargestellten Endlageposition für die Verstellung einer Auslaßnockenwelle vorgesehen, wobei das Zellenrad 12 entgegen dem Uhrzeigersinn angetrieben ist, während das Innenteil 4 im Uhrzeigersinn in Richtung "spätes" Öffnen der Auslaßventile verstellt werden kann.
Zur Verriegelung des Innenteils 4 gegenüber dem Zellenrad 12 in einer gemäß der Figuren 1 bis 3 dargestellten Endlageposition der Verstelleinheit 6 ist im Steg 8a eine Bohrung 52 vorgesehen, in der ein Verriegelungselement, im folgenden als Verriegelungsstift 53 bezeichnet, angeordnet ist. Die Bohrung 52 ist dabei als Stufenbohrung ausgebildet, wobei in dem größeren Bohrungsabschnitt 54 der mit einer Ringschulter 55 versehene Teil des Verriegelungsstiftes 53 geführt ist. Der Verriegelungsstift 53 weist eine Bohrung 56 auf, in der eine Druckfeder 57 angeordnet ist, die zwischen dem Boden der Bohrung 56 und einer sich an der Scheibe 18 abstützenden und in dem Bohrungsabschnitt 54 angeordneten Kunststoffscheibe 58 eingespannt ist. Die Kunststoffscheibe 58 weist eine zentrale Öffnung 59 auf, die mit einem zum Tank 50 zurückführenden Kanal 60 verbunden ist, über den beim Verschieben des Verriegelungsstiftes 53 entgegen der Federkraft der Druckfeder 57 in der Bohrung 52 befindliches Leckageöl zum Tank 50 zurück geführt wird. Der Kanal 60 wird dabei durch eine im Steg 8a angeordnete Nut gebildet, die durch den Deckel 18 bis auf eine Öffnung 46 verschlossen ist.
Vom Bodenbereich des Bohrungsabschnittes 54 der Bohrung 52 führt eine radiale Durchgangsbohrung 61 zur Stirnseite des Steges 8a. Zwischen den beiden Stegen 14a und 14e ist auf der Innenseite des Zellenrades 12 eine als Öffnung ausgebildete Tasche 62 eingebracht, über die, wie später noch näher beschrieben, einer durch die Ringschulter 55, der Innenwandung der Bohrung 54 und der Außenwandung des Verriegelungsstiftes 53 gebildeten Ringkammer 100 Öl zugeführt wird. In der Scheibe 16 ist eine Langlochbohrung 63 eingebracht, in die der Verriegelungsstift 53 arretiert werden kann. Die Langlochbohrung 63 erstreckt sich in radialer Richtung, so dass bei einer geringfügig von der Endlage der Verstelleinheit 6 abweichenden Drehlageposition des Innenteils 4 bereits ein Verriegeln des Verriegelungsstiftes 53 möglich ist. In der Scheibe 16 ist hinter der Langlochbohrung 63 eine mit der Langlochbohrung 63 verbundene Sacklochbohrung 64 angeordnet, deren Durchmesser kleiner als der Durchmesser des Verriegelungsstiftes 53 ist. Zur Sacklochbohrung 64 führt ein mit dem Druckraum 22a verbundener Kanal 65, über den, wie später noch näher beschrieben, eine Stirnfläche 66 des Verriegelungsstiftes 53 in bestimmten Betriebszuständen mit Öldruck zur Entriegelung des Verriegelungsstiftes 53 beaufschlagt wird.
Im Folgenden wird anhand der Fig. 4 bis 14 ein kompletter Verstellvorgang der Verstelleinheit 6 beschrieben:
Fig. 4
Die Brennkraftmaschine befindet sich außer Betrieb, d.h. im Stillstand. Der Verriegelungsstift 53 befindet sich in verriegelter Position, d.h. er ist durch die Druckfeder 57 in der Bohrung 63 der Scheibe 16 verriegelt. Damit befindet sich die Verstelleinheit 6 in ihrer Endlageposition, die einer "frühen" Öffnungs- bzw. Schliesszeit der über Nocken und Nockenfolger betätigten Auslaßventile der Brennkraftmaschine entspricht. Während des Startvorgangs bis zum Erreichen der Leerlaufdrehzahl verbleibt der Motor-Öldruck, der zum Verstellen des Innenteils 4 gegenüber dem Zellenrad 12 der Verstelleinheit 6 genutzt wird, unterhalb des Entriegelungs-Minimaldrucks. Das Steuerventil 48 ist unbestromt, daher wird über die Steuerleitung A den Druckräumen 24a bis 24e Öl zugeführt. Bei dieser Drehwinkelposition des Innenteils 4 relativ zum Zellenrad 12 gibt die linke Steuerkante 9a des Steges 8a die Verbindung des Druckraumes 24a zur Tasche 62 frei, so dass über die Bohrung 61 der Ringkammer 100 Öl zugeführt werden kann, während die rechte Steuerkante 9b des Steges 8a die Verbindung vom Druckraum 22a zur Tasche 62 verschlossen hält.
Fig. 5
Als nächstes erreicht der Motor die Leerlaufdrehzahl. Das Steuerventil 48 bleibt weiterhin unbestromt in seiner Grundstellung. Die hydraulische Verbindung des Druckraumes 24a zur Ringkammer 100 ist weiterhin geöffnet, während der Steg 8a bzw. die rechte Steuerkante 9b den Druckraum 22a und die Tasche 62 weiterhin voneinander trennt. Der Motoröldruck erhöht sich und übersteigt den Entriegelungs-Minimaldruck, bei dem der Verriegelungsstift 53 über den in der Ringkammer 100 anliegenden Öldruck über seine Ringschulter 55 entgegen der Federkraft der Druckfeder 57 in die entriegelte Position überführt wird.
Fig. 6
Als nächster Schritt erreicht der Motor eine Verstelldrehzahl, bei der das Steuerventil 48 bestromt wird; damit erfolgt die Öldruckversorgung über die Steuerleitung B, die über die Ringnut 34, die radialen Bohrungen 32, den Ringraum 30 und die radialen Bohrungen 28a bis 28e die Druckräume 22a bis 22e mit Öl versorgt. Da der Durchgang vom Druckraum 24a über die Tasche 62 und die radiale Bohrung 61 zur Ringkammer 100 weiterhin geöffnet ist, jedoch die Druckölversorgung über die Steuerleitung A zur Ringkammer 100 nicht mehr erfolgt, fällt der in der Ringkammer 100 anliegende Öldruck ab. Der Verriegelungsstift 53 bleibt dennoch in seiner entriegelten Position, da gleichzeitig über die Steuerleitung B, den Kanal 65 Öl und die Sacklochbohrung 64 Öl der Stirnfläche 66 des Verriegelungsstiftes 53 zugeführt wird. Der vom Druckraum 22a über die Tasche 62 und die radiale Bohrung 61 führende hydraulische Durchgang ist weiterhin verschlossen. Das Innenteil 4 der Verstelleinheit 6 bewegt sich nunmehr um einen Schritt in Richtung Verstellposition, d.h. die Stege 8a bis 8e des Innenteils 4 heben sich von den Stegen 14a bis 14e des Zellenrades 12 ab.
Da sich in der Endlageposition die radialen Bohrungen 28b bis 28e noch in vollständiger Überdeckung mit den Stegen 14a bis 14d befinden (siehe Fig. 2), erfolgt die Druckbeaufschlagung auf den Rotor zu Verstellbeginn lediglich über den Druckraum 22a, der über die nur teilweise durch den Steg 14e abgedeckte radiale Bohrung 28a mit Drucköl beaufschlagt wird. Damit wird eine zu schnelle, unkontrollierte Anfangs-Verstellbewegung verhindert.
Fig. 7
Das Innenteil 4 bewegt sich um einen weiteren Schritt in Richtung Verstellposition, wodurch der Steg 8a eine Lage erreicht, bei der er mit seiner linken und seiner rechten Steuerkante 9a und 9b die Tasche 62 sowohl vom Druckraum 22a, als auch vom Druckraum 24a her verschließt, so dass in diesem Zustand weder Öl zur Ringkammer 100 noch zur Sacklochbohrung 64 gelangt. Dennoch verbleibt der Verriegelungsstift 53 in seiner entriegelten Position, da er hydraulisch eingespannt ist und somit kein Öl über die Druckräume 22a und 24a entweichen kann.
Fig. 8
Die Motordrehzahl erhöht sich weiter, durch die Öldruckversorgung zu den Druckräumen 22a bis 22e wird das Innenteil 4 der Verstelleinheit 6 um einen weiteren Schritt in Richtung Verstellposition bewegt, wobei gleichzeitig der über den Druckraum 22a zur Stirnfläche 66 des Verriegelungsstiftes 53 zugeführte Druck aufrecht erhalten wird. Der Steg 8a nimmt in Bezug auf die Tasche 62 eine Position ein, bei der über die rechte Steuerkante 9b des Steges 8a der hydraulische Durchgang zur Ringkammer 100 über den Druckraum 22a freigegeben wird, so dass die entriegelte Position des Verriegelungsstiftes 53 beibehalten wird. Durch die linke Steuerkante 9a wird der hydraulische Durchgang vom Druckraum 24a zum Ringraum 100 verschlossen gehalten.
Fig. 9
Der Motor hat eine Verstelldrehzahl erreicht, bei der mit dem Anliegen der Stege 8a bis 8e des Innenteils 4 an den Stegen 14a bis 14e des Zellenrades 12 der maximale Verstellweg erreicht ist.
Fig. 10
Die Motordrehzahl wird reduziert, das Steuerventil 48 wird nicht mehr bestromt, wodurch es wieder in seine Grundsstellung übergeht und die Öldruckversorgung nunmehr wieder über die Steuerleitung A zu den Druckräumen 24a bis 24e erfolgt. Zwar ist der hydraulische Durchgang vom Druckraum 22a zur Tasche 62 offen, jedoch nicht der Übergang von der Tasche 62 zur im Steg 8a angeordneten radialen Bohrung 61, so dass der Öldruck in der Ringkammer 100 aufrecht erhalten wird und der Verrriegelungsstift 53 in entriegelter Position verbleibt.
Fig. 11
Die Motordrehzahl und damit die Verstelldrehzahl sinkt weiter ab, das Innenteil 4 der Verstelleinheit 6 bewegt sich aufgrund der Ölversorgung zu den Druckräumen 24a bis 24e weiter in Richtung Verriegelungsposition. Da nunmehr der hydraulische Durchgang vom Druckraum 22a zur Ringkammer 100 geöffnet ist, wird der Öldruck in der Ringkammer 100 über die Druckleitung B zum Tank 50 abgebaut. Da der Steg 8a eine Lageposition erreicht hat, bei der der Verriegelungsstift 53 mit der Langlochbohrung 63 in Überdeckung kommt, geht der Verriegelungsstift 53 in seine verriegelte Stellung über.
Fig. 12
Die Motordrehzahl sinkt weiter, das Steuerventil 48 bleibt weiterhin unbestromt in seiner Grundstellung und das Innenteil 4 der Verstelleinheit 6 bewegt sich weiter in Richtung seiner ursprünglichen verriegelten Endlageposition. Der zur Ringkammer 100 führende Hydraulikkanal (Tasche 62, Bohrung 61) ist aufgrund der Lageposition des Stegs 8a sowohl vom Druckraum 22a als auch vom Druckraum 24a her verschlossen. Sowohl der zur Ringkammer 100 führende Hydraulikkanal als auch der zur Stirnfläche 66 des Verriegelungsstiftes 53 führende Kanal 65 sind hydraulisch entlastet. Damit verbleibt der Verriegelungsstift 53 in seiner eingenommenen Verriegelungsposition.
Fig. 13
Das Innenteil 4 der Verstelleinheit 6 und damit der mit dem Verriegelungsstift 53 versehene Steg 8a bewegt sich weiter in Richtung Endlageposition, wobei über die linke Steuerkante 9a der zur Ringkammer 100 führende Hydraulikkanal durch das Öffnen der Verbindung zwischen Druckraum 24a und Tasche 62 freigegeben wird. Damit wird in der Ringkammer 100 Öldruck aufgebaut, so dass der Verriegelungsstift 53 wieder in die entriegelte Position überführt wird.
Dadurch, dass unmittelbar vor dem Erreichen der Endlageposition die radialen Bohrungen 28b bis 28e wieder in vollständiger Überdeckung mit den Stegen 14a bis 14d des Zellenrades 12 gebracht werden (siehe Fig. 2), wird eine Endlagendämpfung des Rotors erreicht.
Fig. 14
Das Innenteil 4 der Verstelleinheit 6 hat seine Endlage erreicht, d.h. die Stege 8a bis 8e des Innenteils 4 liegen wieder an den Stegen 14a bis 14e des Zellenrades 12 an. Der hydraulische Durchgang vom Druckraum 24a zur Ringkammer 100 ist weiterhin geöffnet, während die hydraulische Verbindung vom Druckraum 22a zur Ringkammer 100 geschlossen ist. Sinkt der Motoröldruck, z.B. beim Abstellen des Motors, unterhalb des Entriegelungsöldrucks ab, wird aufgrund der Federkraft der Druckfeder 57 der Verriegelungsstift 53 wieder sicher in seine verriegelte Stellung überführt. Damit ist sichergestellt, dass bei einem Neustart der Brennkraftmaschine von einem Zustand ausgegangen wird, bei der sich der Verriegelungsstift 53 in seiner verriegelten Position befindet.
Das vorbeschriebene Verstell- bzw. Verriegelungsverfahren findet darüber hinaus insbesondere in folgenden Betriebszuständen seine Anwendung:
Leerlaufbetrieb der Brennkraftmaschine
Im Leerlauf des Motors sinkt mit zunehmender Öltemperatur der Motoröldruck aufgrund höherer Leckageverluste und einem höheren Druckabfall im System ab. Damit reicht der in den Druckräumen 24a anliegende Öldruck nicht mehr aus, dem Grunddrehmoment der Nockenwelle sowie den durch die ablaufenden bzw. auflaufenden Nocken erzeugten Wechselmomente entgegenzuwirken. Bei laufendem Motor mit Leerlaufdrehzahl wird, wie eingangs beschrieben, über die Steuerleitung A dem Druckraum 24a und damit der Ringkammer 100 Öl zugeführt. Da der Motoröldruck grösser ist als der Entriegelungs-Minimaldruck wird der Verriegelungsstift 53 entsprechend Fig. 5 in seine entriegelte Position überführt. Aufgrund der vorbeschriebenen Effekte kann sich das Innenteil 4 der Verstelleinheit 6 in Verstellrichtung bewegen, obwohl zu diesem Zeitpunkt die Druckräume 22a nicht mit Öl versorgt sind. Das Innenteil 4 der Verstelleinheit 6 kann sich jedoch nur bis zu einer in Fig. 8 dargestellten Position bewegen, die ungefähr 1 bis 1,5° Verstellwinkel entspricht. Dann ist nämlich die Öldruckzufuhr über den Druckraum 24a zur Ringkammer 100 geschlossen, während der in der Ringkammer 100 anliegende Öldruck über den Druckraum 22a und die Steuerleitung B abgebaut wird: Da sich in dieser Position der Verriegelungsstift 53 noch in Überdeckung mit der Langlochbohrung 63 befindet, wird die Verstelleinheit 6 wieder arretiert und das Innenteil 4 bewegt sich wieder in seine Endlageposition zurück. Damit ist sichergestellt, dass trotz der Wechselmomente der Nockenwelle das Innenteil 4 der Verstelleinheit 6 sich nicht unkontrolliert in eine unerwünschte Verstellposition bewegt.
Abstellen der Brennkraftmaschine
Wird der Motor abgestellt, wird durch das ablaufende Moment der Nocken das Innenteil 4 in Verstellrichtung bewegt bzw. gedrückt. Das Steuerventil 48 befindet sich unbestromt in seiner Grundstellung. Durch die Bewegung des Innenteils 4 in Verstellrichtung wird im Druckraum 24a zusätzlich Öldruck aufgebaut; der Druckraum 24a kann jedoch aufgrund des in der Druckleitung P angeordneten Rückschlagventils 51 hydraulisch nicht entlastet werden. Erreicht jedoch das Innenteil 4 bzw. der Steg 8a wieder seine in Fig. 8 dargestellte Position, wird analog zum beschriebenen Leerlaufbetrieb die Ringkammer 100 hydraulisch entlastet und der Verriegelungstift 53 in der Langlochbohrung 63 verriegelt, so dass bei einem Neustart des Motors sichergestellt ist, dass sich die Verstelleinheit 6 in ihrer verriegelten Endlageposition befindet.
Ein in den Figuren 15 bis 25 dargestelltes zweites Ausführungsbeispiel der Erfindung unterscheidet sich lediglich hinsichtlich seiner konstruktiven Ausführung, wobei für die gleichen Bauteile die Bezugszeichen beibehalten sind. Gegenüber der ersten Ausführungsform ist die Öffnung, deren Durchgang zu den Druckräumen 22a und 24a in Abhängigkeit von der Verstellposition des Innenteils 4 gesteuert ist, als eine in der Scheibe 16 angeordnete, endseitig verschlossene Langlochohrung 62' ausgebildet. Die Langlochbohrung 62' ist wiederum mit einer im Steg 8a radial angeordneten Bohrung 61' verbunden, die zur Ringkammer 100 geführt ist. Analog zum ersten Ausführungsbeispiel wird der hydraulische Durchfluss vom Druckraum 24a bzw. 22a über die Langlochbohrung 62' und die Bohrung 61' zur Ringkammer 100 in Abhängigkeit von der Drehlage des Innenteils 4 gesteuert. Dabei fungieren die Seitenflächen des Steges 8a wiederum als Steuerkanten 9a' und 9b'. Die in den Figuren 15 bis 25 dargestellten Verriegelungs- und Verstellzustände entsprechen dabei den in den Figuren 4 bis 14 dargestellten Zuständen nach dem ersten Ausführungsbeispiel, wobei auf die Beschreibung für das erste Ausführungsbeispiel ausdrücklich bezug genommen wird.
Die erfindungsgemäße Vorrichtung ist ebenso für die Verstellung einer Einlaßnockenwelle geeignet, darüber hinaus kann die Öffnung 62 bzw. 62' auch an anderen Stellen des Stators der Verstelleinheit 6 angeordnet sein.

Claims (10)

  1. Vorrichtung zur relativen Drehwinkelverstellung einer Nockenwelle einer Brennkraftmaschine zu einem Antriebsrad, mit einem drehfest mit der Nockenwelle verbundenen Innenteil (4), das zumindest annähernd radial verlaufende Stege (8a bis 8a) oder Flügel aufweist, und mit einem angetriebenen Zellenrad (12), dass mehrere über den Umfang verteilte, durch Stege (14a bis 14e) begrenzte Zellen aufweist, die von den darin winkelbeweglich geführten Stegen oder Flügeln des Innenteils in zwei Druckräume unterteilt sind, bei deren hydraulischer Druckbeaufschlagung bzw. Druckentlastung über Steuerleitungen die Nockenwelle über die Stege oder Flügel zwischen zwei Endstellungen relativ zum Zellenrad (12) verdrehbar ist, und mit mindestens einer zwischen Innenteil (4) und Zellenrad (12) wirksamen Verrieglungseinrichtung, die ein bewegliches Verriegelungselement (53) aufweist, dass mit mindestens einem Gegenelement im jeweils anderen der beiden Bauteile Zellenrad (12) oder Innenteil (4) zusammenwirkt, wodurch das Innenteil (4) gegenüber dem Zellenrad (12) in mindestens einer Endlage verriegelbar ist, wobei die Ver- bzw. Entriegelung des Verriegelungselementes (53) über mindestens einen zum Verriegelungselement (53) führenden Ölkanal (61, 61') erfolgt, dadurch gekennzeichnet, dass zwischen zwei Druckräumen (22a, 24a) im oder am Zellenrad (12) eine mit dem Ölkanal (61, 61') verbundene Öffnung (62, 62') angeordnet ist, deren Durchgang zu den beiden Druckräumen (22a, 24a) in Abhängigkeit von der Verstellposition des Innenteils (4) gesteuert ist.
  2. Vorrichtung nach Anspruch 1, dadurch gekennzeichnet, dass die Öffnung (62, 62') in Abhängigkeit von der Verstellposition durch einen Steg (8a) des Innenteils (4) teilweise oder vollständig überdeckt ist, wobei in dem Steg (8a) eine Bohrung (52) zur Aufnahme eines Verriegelungsstiftes (53) angeordnet ist.
  3. Vorrichtung nach Anspruch 1 oder 2, dadurch gekennzeichnet, dass die Öffnung (62) auf einer Innenseite des Zellenrades (12) angeordnet ist und dass eine Ölbohrung (61) auf der Stirnseite des Steges (8a) vorgesehen ist, die in Abhängigkeit von der Drehlage des Innenteils (4) mit der Öffnung (62) kommuniziert.
  4. Vorrichtung nach Anspruch 3, dadurch gekennzeichnet, dass die Bohrung (61) zu einer Ringkammer (100) führt, über die der Verriegelungsstift (53) entriegelt werden kann.
  5. Vorrichtung nach Anspruch 1 oder 2, dadurch gekennzeichnet, dass die Öffnung (62') in einem Deckel (16) angeordnet ist, der eine Seite des Zellenrades (12) verschließt und dass eine im Fußbereich des Steges (8a) angeordnete Ölbohrung (61') vorgesehen ist, die in Abhängigkeit von der Drehlage des Innenteils (4) mit der Öffnung (62') kommuniziert.
  6. Vorrichtung nach Anspruch 5, dadurch gekennzeichnet, dass die Bohrung (61') zu einer Ringkammer (100) führt, über die der Verriegelungsstift (53) entriegelt werden kann.
  7. Vorrichtung nach einem der Ansprüche 4 bis 6, dadurch gekennzeichnet, dass die Ölversorgung zur Ringkammer (100) über den Druckraum (24a) oder den Druckraum (22a) erfolgt.
  8. Vorrichtung nach einem der vorhergehenden Ansprüchen, dadurch gekennzeichnet, dass in einer das Zellenrad (12) verschließenden Scheibe (16) eine Langlochbohrung (63) angeordnet ist, in der der Verriegelungsstift (53) in seiner Arretierposition Aufnahme findet.
  9. Vorrichtung nach Anspruch 8, dadurch gekennzeichnet, dass zur Langlochbohrung (63) ein Ölkanal (65) führt, so dass der Verriegelungsstift (53) von seiner Stirnfläche (66) aus entriegelt werden kann.
  10. Vorrichtung nach Anspruch 9, dadurch gekennzeichnet, dass die Stirnfläche (66) des Verriegelungsstiftes (53) über eine Steuerleitung B, den Druckraum (22a) und den Kanal (65) mit Öldruck beaufschlagt wird.
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