DE102007028187B4

DE102007028187B4 - Hydraulischer Nockenwellenversteller zur variablen Einstellung der Steuerzeiten von Gaswechselventilen einer Brennkraftmaschine

Info

Publication number: DE102007028187B4
Application number: DE102007028187.2A
Authority: DE
Inventors: Michael Busse; Lutz Witthöft
Original assignee: Schaeffler Technologies AG and Co KG
Current assignee: Schaeffler Technologies AG and Co KG
Priority date: 2007-06-20
Filing date: 2007-06-20
Publication date: 2017-06-08
Anticipated expiration: 2027-06-21
Also published as: DE102007028187A1

Abstract

Hydraulischer Nockenwellenversteller (1) zur variablen Einstellung der Steuerzeiten von Gaswechselventilen einer Brennkraftmaschine mit einem Außenrotor (2) und einem relativ zu diesem drehbar angeordneten Innenrotor (3) und mit zumindest einem Federelement (14), wobei ein erster Endbereich (14a) des Federelements (14) an einem der Rotoren (2, 3) abgestützt ist, dadurch gekennzeichnet, dass eine unmittelbare Wirkverbindung zwischen einem zweiten Endbereich (14b) des Federelements (14) und den Rotoren (2, 3) herstellbar ist, wobei zumindest eine erste und eine zweite Drehwinkelbegrenzungsvorrichtung (12, 13) vorgesehen sind, wobei die Rotoren (2, 3) bei eingeriegelter erster und zweiter Drehwinkelbegrenzungsvorrichtung (12, 13) in einer Verriegelungsposition (25) zueinander fixierbar sind.

Description

Gebiet der Erfindung
Hydraulischer Nockenwellenversteller zur variablen Einstellung der Steuerzeiten von Gaswechselventilen einer Brennkraftmaschine mit einem Außenrotor und einem relativ zu diesem drehbar angeordneten Innenrotor und mit zumindest einem Federelement, wobei ein erster Endbereich des Federelements an einem der Rotoren abgestützt ist.
Hintergrund der Erfindung
In modernen Brennkraftmaschinen werden hydraulische Nockenwellenversteller zur variablen Einstellung der Steuerzeiten von Gaswechselventilen eingesetzt, um die Phasenrelation zwischen Kurbelwelle und Nockenwelle in einem definierten Winkelbereich, zwischen einer maximalen Früh- und einer maximalen Spätposition, variabel gestalten zu können. Zu diesem Zweck ist die Vorrichtung in einen Antriebsstrang integriert, über welchen ein Drehmoment von der Kurbelwelle auf die Nockenwelle übertragen wird. Dieser Antriebsstrang kann beispielsweise als Riemen-, Ketten- oder Zahnradtrieb realisiert sein.
Die Vorrichtung umfasst zumindest zwei gegeneinander verdrehbare Rotoren, wobei ein Rotor in Antriebsverbindung mit der Kurbelwelle steht und der andere Rotor drehfest mit der Nockenwelle verbunden ist. Die Vorrichtung umfasst weiterhin zumindest einen Druckraum, welcher mittels eines bewegbaren Elementes in zwei gegeneinander wirkende Druckkammern unterteilt wird. Das bewegliche Element steht mit mindestens einem der Rotoren in Wirkverbindung. Durch Druckmittelzufuhr zu den Druckkammern, bzw. durch Druckmittelabfuhr von den Druckkammern, wird das bewegliche Element innerhalb des Druckraums verschoben, wodurch eine gezielte Verdrehung der Rotoren zueinander und somit der Nockenwelle zur Kurbelwelle bewirkt wird.
Dabei wirkt eine der Druckkammern jedes Druckraums als Voreil- und die andere als Nacheilkammer. Durch Druckmittelzufuhr zu den Voreilkammern bei gleichzeitigem Druckmittelabfluss von den Nacheilkammern wird der mit der Nockenwelle zusammenwirkende Rotor relativ zu dem mit der Kurbelwelle zusammenwirkenden Rotor in Richtung einer maximalen Frühposition verdreht. Durch Druckmittelzufuhr zu den Nacheilkammern bei gleichzeitigem Druckmittelabfluss von den Voreilkammern wird der mit der Nockenwelle zusammenwirkende Rotor relativ zu dem mit der Kurbelwelle zusammenwirkenden Rotor in Richtung einer maximalen Spätposition verdreht.
Der Druckmittelzufluss zu bzw. der Druckmittelabfluss von den Druckkammern wird mittels einer Kontrolleinheit, in der Regel einem hydraulischen Wegeventil (Steuerventil), gesteuert. Die Kontrolleinheit wiederum wird mittels eines Reglers gesteuert, welcher mit Hilfe von Sensoren die Istposition der Nockenwelle in der Brennkraftmaschine bestimmt und mit einer Sollposition, die insbesondere abhängig ist von der Motordrehzahl und dem Lastzustand der Brennkraftmaschine, vergleicht. Wird ein Unterschied zwischen beiden Positionen festgestellt, wird ein Signal an die Kontrolleinheit gesendet, welche die Druckmittelströme zu den Druckkammern diesem Signal anpasst.
Um die Funktion des Nockenwellenverstellers zu gewährleisten, muss der Druck im Druckmittelkreislauf der Brennkraftmaschine einen bestimmten Wert übersteigen. Da das Druckmittel in der Regel von der Ölpumpe der Brennkraftmaschine bereitgestellt wird und der bereitgestellte Druck somit synchron zu der Drehzahl der Brennkraftmaschine ansteigt, ist unterhalb einer bestimmten Drehzahl der Öldruck noch zu gering, um die Phasenlage der Rotoren gezielt zu verändern bzw. zu halten. Dies kann beispielsweise während der Startphase oder zu Beginn der Leerlaufphase der Fall sein. Während dieser Phasen würde die Vorrichtung unkontrollierte Schwingungen ausführen, was zu erhöhten Geräuschemissionen, erhöhtem Verschleiß, unruhigem Lauf und erhöhten Emissionen der Brennkraftmaschine führen würde. Um dies zu verhindern, kann ein mechanischer Verriegelungsmechanismus vorgesehen sein, der während der kritischen Betriebsphasen der Brennkraftmaschine die beiden Rotoren drehfest miteinander koppelt, wobei diese Koppelung durch Druckmittelbeaufschlagung des Verriegelungsmechanismus aufgehoben werden kann.
Ein solcher hydraulischer Nockenwellenversteller ist aus der DE 10 2004 012 460 B3 bekannt. Bei dieser Ausführungsform ist eine Rückstellfeder vorgesehen, über die die Rotoren bei einer relativen Verdrehung zueinander koppelbar sind. Mit einem Ende ist die Rückstellfeder am Außenrotor an einer mit diesem fest verbundenen Abdeckscheibe eingehängt, während das andere Ende mit einem zwischen den Rotoren radial angeordneten Mitnehmerring fest verbunden ist. An dem Mitnehmerring sind in radialer Richtung Zähne ausgebildet, die in jeweils an den Rotoren in Umfangsrichtung ausgebildete Aussparungen radial eingreifen. Bei einer Drehung der Rotoren relativ zueinander greifen die Zähne des Mitnehmerrings in die Aussparungen freilaufend ein. Gelangen die Zähne dabei an die in Umfangsrichtung durch die Aussparung gebildeten Begrenzungen, wird jeweils zwischen den Rotoren und dem Mitnehmerring eine Koppelung in der jeweiligen Drehrichtung hergestellt.
Nachteilig bei dieser Ausführungsform wirkt sich der Umstand aus, dass zur Koppelung der Rückstellfeder mit den Rotoren ein zwischen den Rotoren angeordneter Mitnehmerring erforderlich ist. Dies bedingt eine Vergrößerung des Bauraums des Nockenwellenverstellers in radialer Richtung. Ist der Bauraum begrenzt, kann dies nur durch eine Verkleinerung der Druckkammern und damit der wirksamen Fläche zur Übertragung der hydraulischen Druckdifferenz zwischen den Rotoren kompensiert werden. Hierdurch wird die Druckübersetzung erheblich eingeschränkt mit der Folge einer Verringerung der Verstellgeschwindigkeiten des Nockenwellenverstellers. Weiterhin ist die Montage des zwischen den Rotoren angeordneten Mitnehmerrings und die Befestigung des einen Endes der Rückstellfeder an demselben sehr aufwendig und schwierig, wodurch der Montageaufwand erheblich vergrößert wird.
Die JP 2003-120 229 A zeigt einen Nockenwellenversteller mit einer Feder, die einerseits unmittelbar am Abtriebselement eingehangen und andererseits mittelbar am Antriebselement eingehangen ist.
Die US 5 095 857 A zeigt einen Nockenwellenversteller mit einer Feder, die in einem dünnwandigen Bauelement eingekapselt ist.
Die US 6 276 321 B1 zeigt einen Nockenwellenversteller mit einer Feder, die einerseits in eine Nut des Deckels eingehangen ist und andererseits in eine Nut des Abtriebselements eingehangen ist.
Die DE 103 32 264 A1 zeigt einen elektromechanischen Nockenwellenversteller mit einer bogenförmigen Druckfeder.
Zusammenfassung der Erfindung
Der Erfindung liegt die Aufgabe zugrunde, einen hydraulischen Nockenwellenversteller der vorbeschriebenen Art zu schaffen, bei dem die vorgenannten Nachteile vermieden werden.
Erfindungsgemäß wird die Aufgabe durch die Merkmale des Patentanspruchs 1 gelöst. Da zwischen dem zweiten Endbereich des Federelements und den Rotoren jeweils unmittelbar eine Wirkverbindung herstellbar ist, ist ein zwischen den Rotoren angeordnetes Koppelungselement, insbesondere ein Mitnehmerring, zur Koppelung des zweiten Endes des Federelements mit den Rotoren nicht erforderlich. Hierdurch kann ein Bauraumverlust im Nockenwellenversteller, insbesondere bei einer radialen Bauraumbeschränkung eine Einschränkung bei der Druckübersetzung, vermieden werden. Gleichzeitig kann auf eine aufwendige Montage des Kopplungselements zwischen den Rotoren verzichtet werden, wodurch die Herstellung vereinfacht wird und die Herstellungskosten gesenkt werden.
Erfindungsgemäß sind zumindest eine erste und eine zweite Drehwinkelbegrenzungsvorrichtung vorgesehen, wobei die Rotoren bei eingeriegelter erster und zweiter Drehwinkelbegrenzungsvorrichtung in einer Verriegelungsposition zueinander fixierbar sind. Die erste und zweite Drehwinkelbegrenzungsvorrichtung bilden einen Verriegelungsmechanismus, mittels dessen der Außenrotor mit dem Innenrotor in einer Verriegelungsposition in einer mittleren Phasenlage der Rotoren relativ zueinander zwischen einer maximalen Früh- und einer maximalen Spätposition mechanisch koppelbar ist. Jede dieser Drehwinkelbegrenzungsvorrichtungen besteht aus einem federbeaufschlagten Verriegelungsstift, welcher axial in einer Bohrung des Innenrotors angeordnet ist. Jeder Verriegelungsstift wird mittels einer Feder in Richtung des Außenrotors mit einer Kraft beaufschlagt. An dem Außenrotor oder an einem mit diesem fest verbundenen Deckel sind zumindest zwei Verriegelungskulissen ausgebildet, die in bestimmten Betriebspositionen der Vorrichtung den jeweiligen Verriegelungsstiften gegenüberstehen. In diesen Betriebspositionen können die Stifte in die Verriegelungskulissen axial eingreifen, wodurch eine mechanische Kopplung zwischen dem Außenrotor und dem Innenrotor herbeigeführt wird. Dabei geht die jeweilige Drehwinkelbegrenzungsvorrichtung vom ent- in den eingeriegelten Zustand über. In anderen Betriebspositionen, in denen der jeweilige Verriegelungsstift der zugehörigen Verriegelungskulisse nicht gegenübersteht, wird der jeweilige Verriegelungsstift durch den mit dem Außenrotor fest verbundenen Deckel überdeckt und kann nicht in die zugehörige Kulisse eingreifen, so dass die jeweilige Drehwinkelbegrenzungsvorrichtung in entriegeltem Zustand gehalten wird. Die erste Drehwinkelbegrenzungsvorrichtung beschränkt in eingeriegeltem Zustand die relative Phasenlage des Innenrotors zum Außenrotor auf einen Bereich zwischen der maximalen Spät- und der Verriegelungsposition, während die zweite Drehwinkelbegrenzungsvorrichtung in eingeriegeltem Zustand eine Phasenlage zwischen der maximalen Früh- und der Verriegelungsposition zulässt. Somit ist sichergestellt, dass der Innenrotor relativ zum Außenrotor in einer Verriegelungsposition in einer mittleren Phasenlage mechanisch fixiert werden kann.
Durch die separate Ansteuerung der Drehwinkelbegrenzugsvorrichtungen über eine Steuerleitung ist es möglich, während des Abstellvorgangs der Brennkraftmaschine den Nockenwellenversteller in einem definierten Winkelbereich zwischen der Verriegelungsposition und der maximalen Frühposition abzustellen. Bereits während des Abstellvorgangs oder alternativ während des Neustarts der Brennkraftmaschine gelangen die Rotoren relativ zueinander automatisch in die Verriegelungsposition, wobei die Rotoren mittels der Drehwinkelbegrenzungsvorrichtungen zueinander mechanisch fixiert werden.
Vorteilhafterweise weist der zweite Endbereich des Federelements zumindest einen Anlagebereich auf, wobei der Anlagebereich bei einer Drehung der Rotoren relativ zueinander jeweils an zumindest einem Anschlag einer der Rotoren anlegbar ist. Der Anlagebereich bildet eine Einheit, über die der zweite Endbereich des Federelements bei einer Relativdrehung der Rotoren zueinander und bei Einnahme einer vorbestimmten Phasenlage an einem Anschlag am einen Rotor und an einem Anschlag am anderen Rotor anlegbar ist. Der Anlagebereich kann am Anschlag eines Rotors oder am Anschlag des anderen Rotors oder gleichzeitig an beiden Anschlägen beider Rotoren anliegen. In jedem Fall wird zwischen dem zweiten Endbereich des Federelements und den Rotoren jeweils eine unmittelbare Wirkverbindung hergestellt. Denkbar ist auch, dass mehrere Anlagebereiche am zweiten Endbereich des Federelements vorgesehen sind, die jeweils an mehreren Anschlägen an den Rotoren anlegbar sind.
Vorteilhafterweise weist der Anlagebereich ein umgebogenes Ende und einen stufig ausgeformten Abschnitt auf. Das umgebogene Ende und der stufige Abschnitt bilden einen einheitlichen Anlagebereich, über den der zweite Endbereich des Federelements mit dem einen oder dem anderen Rotor unmittelbar koppelbar ist. Das umgebogene Ende und der stufig ausgebildete Abschnitt können dabei jeweils einen Anschlag bilden, der jeweils an zumindest einem Anschlag einer der Rotoren anlegbar ist.
Liegt das umgebogene Ende am jeweiligen rotorseitigen Anschlag an, sind die Rotoren über den ersten und den zweiten Endbereich des Federelements unmittelbar miteinander koppelbar. In gekoppeltem Zustand kann von dem Federelement auf die Rotoren ein Drehmoment übertragen werden.
Dabei kann vorgesehen sein, dass das umgebogene Ende eine komplementäre Anlage für eine formschlüssige Verbindung mit dem rotorseitigen Anschlag bildet, über die bei einer Drehung der Rotoren relativ zueinander der zweite Endbereich des Federelements geführt werden kann. Insbesondere kann es u-förmig oder als Haken gebogen sein.
Es kann auch vorgesehen sein, dass das umgebogene Ende zwei Flanken aufweist, die als Führung des zweiten Endbereichs des Federelements am rotorseitigen Anschlag bei einer Drehung der Rotoren relativ zueinander dienen, wenn der rotorseitige Anschlag aus der Anlage am umgebogenen Ende gelöst ist.
Liegt der stufige Abschnitt am jeweiligen rotorseitigen Anschlag an, sind der erste und der zweite Endbereich des Federelements mit einem der Rotoren gekoppelt. Das Federelement wirkt sich auf eine Drehung der Rotoren relativ zueinander nicht aus. Dabei kann vorgesehen sein, dass das Federelement am zweiten Endbereich über den stufig ausgebildeten Abschnitt mit einem Federmoment am rotorseitigen Anschlag vorgespannt anliegt.
Des Weiteren kann erfindungsgemäß vorgesehen sein, dass bei einer Drehung der Rotoren relativ zueinander in einem Winkelbereich zwischen der maximalen Spätposition und einer vorbestimmten Winkelposition der Rotoren relativ zueinander, beispielsweise einer mittleren Phasenlage zwischen der maximalen Früh- und maximalen Spätposition, das umgebogene Ende des Federelements am rotorseitigen Anschlag anlegbar ist. In diesem Winkelbereich kann das Federelement bei einer Drehung der Rotoren relativ zueinander in Richtung der maximalen Spätposition mit einem der Drehung entgegenwirkenden Rückstellmoment vorgespannt werden. Umgekehrt können die Rotoren im vorgenannten Winkelbereich durch das von dem Federelement erzeugte Rückstellmoment in Richtung der maximalen Frühposition bis zur Einnahme der vorbestimmten Phasenlage relativ zueinander verdreht werden. Dadurch ist es möglich, aus einer Spätposition bei geringem oder fehlendem hydraulischen Systemdruck, mit Unterstützung oder allein aufgrund des von dem Federelement erzeugten Rückstellmoments die Rotoren in Richtung einer maximalen Frühposition in eine mittlere Phasenlage entgegen dem auf die Nockenwelle wirkenden Reibmoment relativ zueinander zu verdrehen. Auf diese Weise gelangt der Nockenwellenversteller bei einem Motorstopp oder Motorstillstand der Brennkraftmaschine in einer Spätposition auch bei geringem oder fehlendem Systemdruck automatisch in eine mittlere Phasenlage, in der er mechanisch fixiert werden kann. Durch die Wirkung des Rückstellmoments des Federelements ist es weiterhin möglich, bei einer Verstellung in Richtung früherer Steuerzeiten im genannten Winkelbereich höhere Verstellgeschwindigkeiten durch den Nockenwellenversteller zu erreichten. Dabei kann vorgesehen sein, das das von dem Federelement erzeugte Rückstellmoment gerade so groß ist, dass im Zusammenwirken mit den auf die Nockenwelle wirkenden Wechseldrehmomenten aufgrund der Betätigung der Gaswechselventile die Rotoren relativ zueinander in Richtung einer maximalen Frühposition entgegen den auf die Nockenwelle wirkenden Reibmomente in die mittlere Phasenlage verdreht werden können. Hierdurch wird erreicht, dass das von der Rückstellfeder erzeugte Rückstellmoment, das einer Verstellung der Rotoren relativ zueinander in Richtung späterer Steuerzeiten über die mittlere Phasenlage hinaus entgegenwirkt, möglichst klein gehalten werden kann.
In einer weiteren erfindungsgemäßen Ausgestaltung kann vorgesehen sein, dass bei einer Drehung der Rotoren relativ zueinander in einem Winkelbereich zwischen der maximalen Frühposition und einer vorbestimmten Phasenlage der Rotoren relativ zueinander, beispielsweise einer mittleren Phasenlage, der gestufte Abschnitt des zweiten Endbereichs des Federelements am rotorseitigen Anschlag anlegbar ist. Da bei einem Anliegen des gestuften Abschnitts am rotorseitigen Anschlag, der erste Endbereich und der zweite Endbereich des Federelements mit einem der Rotoren gekoppelt ist, wirkt sich das Federelement auf eine Drehung der Rotoren relativ zueinander in diesem Winkelbereich nicht aus. Hierdurch wird erreicht, dass bei einer Verstellung des Nockenwellenverstellers in Richtung späterer Steuerzeiten im vorgenannten Winkelbereich das Federelement der Verstellung nicht entgegenwirkt.
Vorteilhafterweise sind die Anschläge an den Rotoren in achsenparalleler Richtung zur Drehachse der Rotoren ausgebildet. Hierdurch ist es möglich die Wirkverbindung zwischen dem zweiten Endbereich des Federelements und den Rotoren in achsenparalleler Richtung zur Drehachse der Rotoren anzuordnen. Dadurch sind die Rotoren und der zweite Endbereich des Federelements in achsenparalleler Richtung zur Drehachse der Rotoren unmittelbar koppelbar. Die rotorseitigen Anschläge können als Ansatz oder Vorsprung, der auf einer der Seitenflächen der Rotoren senkrecht zu dieser übersteht, ausgebildet sein. Bei einer Drehung der Rotoren relativ zueinander werden die Anschläge mit den Rotoren mitbewegt und können an dem Anlagebereich am zweiten Endbereich des Federelements eingreifen und jeweils zur Anlage mit diesem gebracht werden. Es kann auch vorgesehen sein, dass an einem der Rotoren der rotorseitige Anschlag auf der Außenseite einer der Seitenabdeckungen angeordnet ist und senkrecht zu dieser in axialer Richtung übersteht. Denkbar ist auch, dass angepasst an die Form des Anlagebereichs am zweiten Endbereich des Federelements zum Anlegen desselben jeweils mehrere Anschläge an den Rotoren vorgesehen sind.
Vorzugsweise ist der erste Endbereich des Federelements an der Außenseite eines mit dem Außenrotor fest verbundenen Seitendeckels abgestützt. Dabei ist das Federelement auf der Außenseite eines der Seitendeckel des Außenrotors in der Drehebene der Rotoren angeordnet, insbesondere kann es als eine Spiralfeder ausgebildet sein. Der erste Endbereich des Federelements ist an der Außenseite des Seitendeckels eingehängt oder festgeklemmt, während der zweite Endbereich des Federelements wechselweise mit dem Innen- oder Außenrotor unmittelbar koppelbar ist. Zur Abstützung des ersten Endbereichs des Federelements können mehrere Abstützelemente auf der Außenseite des Seitendeckels vorgesehen sein. Da der Seitendeckel mit dem Außenrotor fest verbunden ist, bildet der Außenrotor auf diese Weise die Basis für die Abstützung des Federelements. Vorzugsweise sind das Federelement und die Wirkverbindung zwischen diesem und den Rotoren auf dem motorabgewandten Seitendeckel des Nockenwellenverstellers angeordnet. Dadurch kann der Bauraum auch in axialer Richtung auf der dem Motorblock zugewandten Seite des Nockenwellenverstellers verringert werden. Da das Federelement auf der Außenseite eines der Seitendeckel des Nockenwellenverstellers angeordnet ist, kann es zur Montage einfach am Seitendeckel eingehängt werden, wodurch der Montageaufwand verringert wird. Die Montage des Federelements ist sowohl auf dem motorzugewandten als auch auf dem motorabgewandten Seitendeckel möglich.
Vorteilhafterweise ist zur Anlage des umgebogenen Endes des Federelements am Innenrotor zumindest ein Federmitnahmestift an einer der Frontseiten des Innenrotors angeordnet. Der Federmitnahmestift ist auf der Frontseite des Innenrotors axial fest eingepresst und steht senkrecht zu dieser über. Bei einer Drehung des Innenrotors relativ zum Außenrotor legt sich der Federmitnahmestift bei Einnahme einer vorbestimmten relativen Phasenlage der Rotoren zueinander automatisch am umgebogenen Ende des Federelements an und bewegt den zweiten Endbereich des Federelements bei der Drehung mit. Auf diese Weise bildet der Federmitnahmestift einen Anschlag am Innenrotor, über den der zweite Endbereich des Federelements und der Innenrotor unmittelbar koppelbar sind.
Vorteilhafterweise ist zur Anlage des gestuften Abschnitts des Federelements am Außenrotor zumindest ein Federanschlagstift an der Außenseite eines Seitendeckels des Außenrotors angeordnet, wobei der Seitendeckel mit letzterem drehfest verbunden ist. Der Federanschlagstift ist mit dem Seitendeckel fest verbunden und steht auf dessen Außenseite senkrecht zu dieser axial über. Bei einer Drehung des Innenrotors relativ zum Außenrotor legt sich der gestufte Abschnitt des zweiten Endbereichs des Federelements bei Einnahme der vorbestimmten relativen Phasenlage der Rotoren zueinander automatisch am Federanschlagstift an. Auf diese Weise bildet der Federanschlagstift einen Anschlag am Außenrotor, über den der zweite Endbereich des Federelements und der Außenrotor unmittelbar koppelbar sind. Liegt der gestufte Abschnitt des Federelements am Federanschlagstift an, sind der erste und der zweite Endbereich des Federelements mit dem Außenrotor gekoppelt und die Rückstellfeder wirkt sich auf eine Drehung der Rotoren relativ zueinander nicht aus.
Vorteilhafterweise sind zur Abstützung des ersten Endbereichs des Federelements zumindest zwei Abstützelmente an der Außenseite des Seitendeckels vorgesehen. Die Abstützelemente können als einfache Federeinhängestifte, die mit dem Seitendeckel fest verbunden sind, ausgeführt sein. Die Federeinhängestifte stehen auf dem Seitendeckel senkrecht zu diesem über, so dass der erste Endbereich des Federelements an diesen eingehängt oder verklemmt werden kann. Alternativ können diese Abstützelemente entfallen, wenn zwei der Befestigungselemente für den Seitendeckel am Außenrotor, beispielsweise zwei Deckelschrauben, verlängert ausgeführt werden, so dass sie im verschraubten Zustand auf dem Seitendeckel überstehen und das Federelement dort angelegt und verklemmt bzw. eingehängt werden kann. Eine weitere Fixierung des Federelements kann am zweiten Endbereich über den Federanschlagstift am Außenrotor und über den Federmitnahmestift am Innenrotor erfolgen. Bei einer Drehung des Innenrotors relativ zum Außenrotor kann der Mitnahmestift am Innenrotor in das umgebogene Ende des Federelements anliegend eingreifen und dieses führen, während der zweite Endbereich des Federelements über den Federanschlagstift bei einer Relativdrehung der Rotoren bewegt wird. Zur Beseitigung oder Minderung der dabei am Federanschlagstift auftretenden und der Drehung entgegenwirkenden Reibkräfte kann der Federanschlagstift als Lager, beispielsweise als Nadellager, oder mit einer reibungsreduzierenden Beschichtung ausgeführt sein. Liegt der Federmitnahmestift nicht am umgebogenen Ende an, kann der zweite Endbereich über die Flanken des umgebogenen Endes am Federmitnahmestift geführt werden.
In einer vorteilhaften Variante der Erfindung ist zur Abstützung des Federelements zumindest ein Abstützelement am Innenrotor vorgesehen. Das Abstützelement kann als einfacher Federeinhängestift ausgeführt sein, der auf einer der Frontseiten des Innenrotors axial fest eingepresst ist und auf der Frontseite senkrecht zu dieser übersteht. Über das Abstützelement kann das Federelement am Innenrotor geführt werden. Bei einer Drehung des Innenrotors wird das Abstützelement mit diesem mitbewegt und führt den am Federmitnahmestift am Innenrotor angelegten und mit diesem mitbewegten zweiten Endbereich des Federelements. Da der zweite Endbereich des Federelements am Abstützelement geführt wird, kann hierdurch das Auftreten von Reibungskräften am Federanschlagstift verhindert werden. Denkbar ist auch, dass zur Führung des Federelements mehrere Federeinhängestifte am Innenrotor vorgesehen sind.
Vorteilhafterweise weist die Außenseite des Seitendeckels im Bereich des am Innenrotor ausgebildeten Federmitnahmestifts eine Öffnung in Umfangsrichtung auf. Die Öffnung oder Aussparung dient als axialer Durchtritt für den Federmitnahmestift durch den Seitendeckel. Die Öffnung erstreckt sich in Umfangsrichtung über einen Winkelbereich, der einer Drehung der Rotoren relativ zueinander zwischen einer maximalen Früh- und einer maximalen Spätposition entspricht. In diesem Winkelbereich ist bei einer Drehung der Rotoren relativ zueinander der auf der Frontseite des Innenrotors angeordnete Federmitnahmestift relativ zu dem mit dem Außenrotor fest verbundenen Seitendeckel in der Öffnung bewegbar. Auf diese Weise kann der bei einer Drehung der Rotoren relativ zueinander mit dem Innenrotor mitbewegte Federmitnahmestift durch den Seitendeckel axial hindurchgeführt und am zweiten Endbereich des auf der Außenseite des Seitendeckels angeordneten Federelements angelegt werden. Wenn mehrere Federmitnahmestifte am Innenrotor angeordnet sind, können auch mehrere solcher Öffnungen im Seitendeckel als axialer Durchtritt für diese vorgesehen sein.
Vorteilhafterweise weist die Außenseite des Seitendeckels im Bereich des am Innenrotor ausgebildeten Abstützelements eine Öffnung in Umfangsrichtung auf. Die Öffnung oder Aussparung dient in analoger Weise zu der oben beschriebenen Öffnung für den Federmitnahmestift als axialer Durchtritt für das Abstützelement bzw. den Federeinhängestift durch den Seitendeckel und erstreckt sich in Umfangsrichtung über einen Winkelbereich, der einer relativen Drehung der Rotoren zwischen einer maximalen Früh- und einer maximalen Spätposition entspricht. In diesem Winkelbereich ist bei einer Drehung der Rotoren relativ zueinander das auf der Frontseite des Innenrotors angeordnete Abstützelement relativ zu dem mit dem Außenrotor fest verbundenen Seitendeckel in der Öffnung bewegbar. Hierdurch kann das bei einer Drehung der Rotoren relativ zueinander mit dem Innenrotor mitbewegte Abstützelement durch den Seitendeckel axial hindurchgeführt und der zweite Endbereich des auf der Außenseite des Seitendeckels angeordneten Federelements an dem Abstützelement angelegt und geführt werden. Sind mehrere Federeinhängestifte am Innenrotor vorgesehen, können auch mehrere Öffnungen im Seitendeckel als axialer Durchtritt für diese vorgesehen sein.
Kurze Beschreibung der Zeichnungen
Weitere Merkmale der Erfindung ergeben sich aus der nachfolgenden Beschreibung und aus den Zeichnungen, in denen ein Ausführungsbeispiel der Erfindung vereinfacht dargestellt ist. Es zeigen:
1: eine Seitenansicht eines erfindungsgemäßen Nockenwellenverstellers,
2–11: schematische Darstellungen in einzelnen Betriebszuständen: Querschnitt durch einen der Druckräume mit der Stellung des Verstellflügels und der schematisch angedeuteten Stellung des Federelements mit dem Anlagebereich sowie den Anschlägen an den Rotoren (Fig. a), Teillängsschnitt des Nockenwellenverstellers mit der Stellung des Verriegelungsmechanismus (Fig. b) und symbolische Darstellungen der internen Verbindungen in den Schaltstellungen des Steuerventils (Fig. c), Verlauf des Druckmittelvolumenstroms in Abhängigkeit von der elektrischen Bestromung des Steuerventils (Fig. d),
2a: Stellung des Verstellflügels und des Federelements mit dem Anlagebereich sowie den Anschlägen an den Rotoren bei Motorstopp,
2b: Stellung der Verriegelungsstifte mit den Kulissen im Seitendeckel bei Motorstopp,
2c: Schaltstellung des Steuerventils bei Motorstopp,
2d: Verlauf des Druckmittelvolumenstroms Q in Abhängigkeit von der elektrischen Bestromung I des Steuerventils bei Motorstopp,
3a: Stellung des Verstellflügels und des Federelements mit dem Anlagebereich sowie den Anschlägen an den Rotoren bei Motorstillstand,
3b: Stellung der Verriegelungsstifte mit den Kulissen im Seitendeckel bei Motorstillstand,
3c: Schaltstellung des Steuerventils bei Motorstillstand,
3d: Verlauf des Druckmittelvolumenstroms Q in Abhängigkeit von der elektrischen Bestromung I des Steuerventils bei Motorstillstand,
4a: Stellung des Verstellflügels und des Federelements mit dem Anlagebereich sowie den Anschlägen an den Rotoren bei Motorstart 1,
4b: Stellung der Verriegelungsstifte mit den Kulissen im Seitendeckel bei Motorstart 1,
4c: Schaltstellung des Steuerventils bei Motorstart 1,
4d: Verlauf des Druckmittelvolumenstroms Q in Abhängigkeit von der elektrischen Bestromung I des Steuerventils bei Motorstart 1,
5a: Stellung des Verstellflügels und des Federelements mit dem Anlagebereich sowie den Anschlägen an den Rotoren bei Motorstart 2,
5b: Stellung der Verriegelungsstifte mit den Kulissen im Seitendeckel bei Motorstart 2,
5c: Schaltstellung des Steuerventils bei Motorstart 2,
5d: Verlauf des Druckmittelvolumenstroms Q in Abhängigkeit von der elektrischen Bestromung I des Steuerventils bei Motorstart 2,
5aa: Stellung des Verstellflügels und des Federelements mit dem Anlagebereich sowie den Anschlägen an den Rotoren bei Motorstart 3,
5bb: Stellung der Verriegelungsstifte mit den Kulissen im Seitendeckel bei Motorstart 3,
5cc: Schaltstellung des Steuerventils bei Motorstart 3,
5dd: Verlauf des Druckmittelvolumenstroms Q in Abhängigkeit von der elektrischen Bestromung I des Steuerventils bei Motorstart 3,
6a: Stellung des Verstellflügels und des Federelements mit dem Anlagebereich sowie den Anschlägen an den Rotoren bei Motorstillstand und bei abgewürgtem Motor,
6b: Stellung der Verriegelungsstifte mit den Kulissen im Seitendeckel bei Motorstillstand und bei abgewürgtem Motor,
6c: Schaltstellung des Steuerventils bei Motorstillstand und bei abgewürgtem Motor,
6d: Verlauf des Druckmittelvolumenstroms Q in Abhängigkeit von der elektrischen Bestromung I des Steuerventils bei Motorstillstand und bei abgewürgtem Motor,
7a: Stellung des Verstellflügels und des Federelements mit dem Anlagebereich sowie den Anschlägen an den Rotoren bei Motorstart 1 und bei abgewürgtem Motor,
7b: Stellung der Verriegelungsstifte mit den Kulissen im Seitendeckel beim Motorstart 1 und bei abgewürgtem Motor,
7c: Schaltstellung des Steuerventils bei Motorstart 1 und bei abgewürgtem Motor,
7d: Verlauf des Druckmittelvolumenstroms Q in Abhängigkeit von der elektrischen Bestromung I des Steuerventils bei Motorstart 1 und bei abgewürgtem Motor,
8a: Stellung des Verstellflügels und des Federelements mit dem Anlagebereich sowie den Anschlägen an den Rotoren bei Motorstart 2 und bei abgewürgtem Motor,
8b: Stellung der Verriegelungsstifte mit den Kulissen im Seitendeckel bei Motorstart 2 und bei abgewürgtem Motor,
8c: Schaltstellung des Steuerventils bei Motorstart 2 und bei abgewürgtem Motor,
8d: Verlauf des Druckmittelvolumenstroms Q in Abhängigkeit von der elektrischen Bestromung I des Steuerventils bei Motorstart 2 und bei abgewürgtem Motor,
9a: Stellung des Verstellflügels und des Federelements mit dem Anlagebereich sowie den Anschlägen an den Rotoren bei Entriegelung und Verstellung in Richtung Früh,
9b: Stellung der Verriegelungsstifte mit den Kulissen im Seitendeckel bei Entriegelung und Verstellung in Richtung Früh,
9c: Schaltstellung des Steuerventils bei Entriegelung und. Verstellung in Richtung Früh,
9d: Verlauf des Druckmittelvolumenstroms Q in Abhängigkeit von der elektrischen Bestromung I des Steuerventils bei Entriegelung und Verstellung in Richtung Früh,
10a: Stellung des Verstellflügels und des Federelements mit dem Anlagebereich sowie den Anschlägen an den Rotoren bei Entriegelung und Verstellung in Richtung Spät,
10b: Stellung der Verriegelungsstifte mit den Kulissen im Seitendeckel bei Entriegelung und Verstellung in Richtung Spät,
10c: Schaltstellung des Steuerventils bei Entriegelung und Verstellung in Richtung Spät,
10d: Verlauf des Druckmittelvolumenstroms Q in Abhängigkeit von der elektrischen Bestromung I des Steuerventils bei Entriegelung und Verstellung in Richtung Spät,
11a: Stellung des Verstellflügels und des Federelements mit dem Anlagebereich sowie den Anschlägen an den Rotoren in geregelter Position,
11b: Stellung der Verriegelungsstifte mit den Kulissen im Seitendeckel in geregelter Position,
11c: Schaltstellung des Steuerventils in geregelter Position,
11d: Verlauf des Druckmittelvolumenstroms Q in Abhängigkeit von der elektrischen Bestromung I des Steuerventils in geregelter Position.
Ausführliche Beschreibung der Zeichnungen
In der 1 ist eine Ausführungsform eines erfindungsgemäßen Nockenwellenverstellers 1 in einer Seitenansicht dargestellt. Der Nockenwellenversteller 1 weist einen Außenrotor 2, einen Innenrotor 3 und zwei Seitendeckel 4, 5 auf. Am äußeren Umfang des Außenrotors 2 ist ein Kettenrad 33 angeordnet, mittels welchem über einen nicht dargestellten Kettentrieb ein Drehmoment von der nicht dargestellten Kurbelwelle auf den Außenrotor 2 übertragen werden kann. Der Außenrotor 2 ist mittels radial innen liegender Umfangswände drehbar, relativ zu dem Innenrotor 3, auf diesem gelagert. Über eine Aufnahme 34 ist der Innenrotor 3 mit der nicht dargestellten Nockenwelle drehfest verbunden. Zur variablen Einstellung der Steuerzeiten der Gaswechselventile sind der Außenrotor 2 und der Innenrotor 3 in einem definierten Winkelbereich zwischen einer maximalen Frühposition 8a und einer maximalen Spätposition 8b relativ zueinander drehbar. In der Verriegelungsposition 25, die einer mittleren Phasenlage der Rotoren 2, 3 relativ zueinander zwischen der maximalen Frühposition 8a und der maximalen Spätposition 8b entspricht, können die Rotoren 2, 3 über einen Verriegelungsmechanismus 11 zueinander mechanisch fixiert werden. Die Seitendeckel 4, 5 sind jeweils an einer der axialen Seitenflächen des Außenrotors 2 angeordnet und drehfest über Deckelschrauben 31 mit diesem verbunden. Auf der Außenseite eines Seitendeckels 4, 5 ist eine Rückstellfeder 14 angebracht. An einer Frontseite des Innenrotors 3 sind ein Federeinhängestift 29 und ein Federmitnahmestift 17 angeordnet. Die Stifte 29, 17 sind axial mit Überlänge in die Frontseite des Innenrotors 3 fest eingepresst und stehen senkrecht zu dieser über. Der erste Endbereich 14a der Rückstellfeder 14 ist über zwei mit der Außenseite des Seitendeckels 4, 5 fest verbundene Federeinhängestifte 30 auf dieser fest verklemmt. Das umgebogene Ende 32a und der gestufte Bereich 32c bilden den Anlagebereich 32 des zweiten Endbereichs 14b der Rückstellfeder 14. Das umgebogene Ende 32a weist zwei Flanken 32b auf. Der Federmitnahmestift 17 greift in das umgebogene Ende 32a und in die Flanken 32b ein.
Am Seitendeckel 4, 5 sind im Bereich des Federeinhängestiftes 29 und des Federmitnahmestiftes 17 zwei sich in Umfangsrichtung erstreckende Öffnungen 35, 36 vorgesehen. Die Öffnungen 35, 36 dienen jeweils als axialer Durchtritt für die auf der Seitenfläche des Innenrotors 3 überstehenden Stifte 29, 17 und erstrecken sich in Umfangsrichtung über einen Winkelbereich, der einer relativen Drehung der Rotoren zwischen einer maximalen Früh- 8a und einer maximalen Spätposition 8b entspricht. In diesem Winkelbereich sind der Federeinhängestift 29 und der Mitnahmestift 17 bei einer Drehung der Rotoren 2, 3 relativ zueinander in der jeweiligen Öffnung 35, 36 relativ zu dem mit dem Außenrotor 2 fest verbundenen Seitendeckel 4, 5 bewegbar.
Befinden sich die Rotoren 2, 3 in einer mittleren Phasenlage relativ zueinander in der Verriegelungsposition 25 zwischen einer maximalen Frühposition 8a und einer maximalen Spätposition 8b, liegt der gestufte Bereich 32c an dem mit der Außenseite des Seitendeckels 4, 5 fest verbundenen Federanschlagstift 20 an. In dieser Position ist der zweite Endbereich 14b der Rückstellfeder 14 mit einem Vorspannmoment über den Federeinhängestift 29 an dem Federanschlagstift 20 vorgespannt.
Bei einer Drehung der Rotoren 2, 3 relativ zueinander in Richtung einer maximalen Spätposition 8b über die Verriegelungsposition 25 hinaus nimmt der am umgebogenen Ende 32a anliegende Federmitnahmestift 17 des Innenrotors 3 den zweiten Endbereich 14b der Rückstellfeder 14 bei der Drehung mit. Hierbei muss das der Drehung entgegenwirkende Vorspannmoment, das von der vorgespannten Rückstellfeder 14 am zweiten Endbereich 14b über den Federmitnahmestift 17 auf den Innenrotor 3 übertragen wird, überwunden werden. Dabei weist die Rückstellfeder 14 in der Verriegelungsposition 25 ein Vorspannmoment auf, das größer ist als das auf die Nockenwelle wirkende Reibmoment der der Brennkraftmaschine. Sobald der Innenrotor 3 relativ zum Außenrotor 2 in Richtung der maximalen Spätposition 8b über die Verriegelungsposition 25 hinaus verdreht wird, löst sich der gestufte Abschnitt 32c des zweiten Endbereichs 14b der Rückstellfeder 14 aus der Anlage am Federanschlagstift 20. Da der zweite Endbereich 14b dabei an dem mit dem Innenrotor 3 mitbewegten Federeinhängstift 29 anliegt, kann der zweite Endbereich 14b reibungsfrei über den Federanschlagstift 20 geführt werden. Befinden sich die Rotoren 2, 3 in einer Phasenlage relativ zueinander zwischen der maximalen Spätposition 8b und der Verriegelungsposition 25 ist das umgebogene Ende 32a am Federmitnahmestift 17 angelegt und die Rückstellfeder 14 erzeugt ein Rückstellmoment, das eine Drehung der Rotoren relativ zueinander in Richtung der maximalen Frühposition 8a bewirkt. Da das von der Rückstellfeder 14 erzeugte Rückstellmoment größer ist als das von der Nockenwelle erzeugte Reibmoment, können die Rotoren 2, 3 durch die Wirkung des Rückstellmoments und durch die Wirkung des auf die die Nockenwelle wirkenden Wechseldrehmomente aufgrund der Betätigung der Gaswechselventile in Richtung einer maximalen Frühposition 8a bis zur Einnahme der Verriegelungsposition 25 relativ zueinander verdreht werden.
Bei einer Drehung der Rotoren 2, 3 relativ zueinander in einer Winkelphasenlage in einem Winkelbereich zwischen der maximalen Spätposition 8b und der Verriegelungsposition 25 in Richtung der maximalen Frühposition 8a ist vorgesehen, dass in einer bestimmten Phasenlage der Rotoren 2, 3 relativ zueinander in einem vorbestimmten geringen Abstand vor dem Erreichen der Verriegelungsposition 25 der gestufte Abschnitt 32c am Federanschlagstift 20 zur Anlage gelangt. Gleichzeitig löst sich in dieser Position der mit dem Innenrotor 3 mitbewegte Federmitnahmestift 17 aus der Anlage am umgebogenen Ende 32a. In dieser Position ist sowohl der erste als auch der zweite Endbereich 14a, 14b der Rückstellfeder 14 am Außenrotor 2 angelegt und die Rückstellfeder 14 wirkt sich auf die Drehung der Rotoren 2, 3 relativ zueinander nicht aus. Dabei ist die vorgenannte geringe Abstandlage zur Verriegelungsposition 25 einerseits so bestimmt, dass der Federmitnahmestift 17 mit einem gewissen Spiel in Richtung Spät sicher bei Einnahme der Verriegelungsposition 25 aus der Anlage an dem umgebogenen Ende 32a gelöst wird. Hierdurch wird gewährleistet, dass bei Einnahme der Verriegelungsposition 25 unter Berücksichtigung des vorgenannten Spiels kein von der Rückstellfeder 14 erzeugtes Rückstellmoment mehr auf die Drehung der Rotoren 2, 3 wirkt. Auf diese Weise ist ein minimal erforderliches Spiel zum Ausgleich der Fertigungstoleranzen der Bauteile vorhanden, insbesondere kann hierdurch verhindert werden, dass bei einer Entriegelung des Nockenwellenverstellers 1 aus der Verriegelungsposition 25 heraus, der Verriegelungsmechanismus 11 durch das von der Rückstellfeder 14 erzeugte Rückstellmoment verspannt und die Verriegelungsstifte 15, 16 in den Verriegelungskulissen 18, 19 verklemmt werden. Andererseits wird sichergestellt, dass die Rotoren 2, 3 in der vorgenannten geringen Abstandslage zu der Verriegelungsposition 25 gegebenenfalls, ohne die Wirkung des von der Rückstellfeder 14 erzeugten Rückstellmoments, alleine durch die Wirkung der auf die Nockenwelle wirkenden Wechseldrehmomente aufgrund der Betätigung der Gaswechselventile, in Richtung Früh bis zur Einnahme der Verriegelungsposition 25 verstellt werden können.
Bei einer Drehung der Rotoren 2, 3 relativ zueinander in Richtung der maximalen Frühposition über die Verriegelungsposition 25 hinaus ist der Federmitnahmestift 17 aus der Anlage am umgebogenen Ende 32a gelöst, während der zweite Endbereich 14b über den gestuften Abschnitt 32c am Federanschlagstift 20 in der Verriegelungsposition 25 vorgespannt angelegt bleibt. Der gestufte Abschnitt 32c bleibt am Federanschlagstift 20 angelegt, bis der Federmitnahmestift 17 des Innenrotors 3 bei einer Drehung der Rotoren 2, 3 relativ zueinander in Richtung der maximalen Spätposition 8b am umgebogenen Ende 32a zur Anlage kommt und bei einer Drehung über die Verriegelungsposition 25 hinaus der zweite Endbereich 14b in Richtung der maximalen Spätposition 8b mit dem Innenrotor 3 mitbewegt wird. Da bei einer Drehung der Rotoren 2, 3 relativ zueinander in einem Winkelbereich zwischen der maximalen Frühposition 8a und der Verriegelungsposition 25 der zweite Endbereich 14b an dem Federanschlagstift 20 am Außenrotor 2 angelegt ist, wirkt sich die Rückstellfeder 14 in diesem Bereich auf den Innenrotor 3 und auf eine Drehung der Rotoren 2, 3 relativ zueinander nicht aus.
Die 2 bis 11 zeigen sehr schematisch und beispielhaft eine Ausführungsform mit wesentlichen Teilen der Erfindung in den jeweiligen Betriebszuständen.
In den 2a bis 11a ist ein Querschnitt durch einen der Druckräume 7 mit zwei gegeneinander arbeitenden Druckkammern 9, 10 und der jeweiligen Stellung des Verstellflügels 6 sowie die Rückstellfeder 14 in dem jeweiligen Betriebszustand dargestellt. Die erfindungsgemäße Ausführungsform besteht aus mehreren solcher Gruppen von Druckkammern 9, 10, beispielsweise können fünf Gruppen von Druckkammern 9, 10 vorgesehen sein.
Die Rückstellfeder 14 ist mit ihrem ersten Endbereich 14a und dem am zweiten Endbereich 14b ausgebildeten Anlagebereich 32 nur sehr schematisch angedeutet dargestellt. Der erste Endbereich 14a der Rückstellfeder 14 ist an der Außenseite einer der mit dem Außenrotor 2 drehfest verbundenen Seitendeckel 4, 5 festgeklemmt. Der Federmitnahmestift 17 am Innenrotor 3 und der an der Außenseite einer der Seitendeckel 4, 5 am Außenrotor 2 angeordnete Federanschlagstift 20 sind ebenfalls nur schematisch angedeutet. Befindet sich der mit dem Innenrotor 3 drehfest verbundene Verstellflügel 6 bei einer Drehung der Rotoren 2, 3 relativ zueinander in der Verriegelungsposition 25, werden der Federmitnahmestift 17 am umgebogenen Ende 32a und der gestufte Bereich 32c an dem Federanschlagstift 20 zur Anlage gebracht.
Durch Druckmittelbeaufschlagung einer Gruppe von Druckkammern 9, 10 und Druckentlastung der anderen Gruppe kann die Phasenlage des Außenrotors 2 zum Innenrotor 3 variiert werden. Durch Druckmittelbeaufschlagung beider Gruppen von Druckkammern 9, 10 kann die Phasenlage der beiden Rotoren 2, 3 zueinander konstant gehalten werden. Alternativ kann vorgesehen sein, keine der Druckkammern 9, 10, bis auf einen Leckageausgleich, während Phasen konstanter Phasenlage mit Druckmittel zu beaufschlagen. In den beiden zuletzt beschriebenen Einstellungen ist der Innenrotor 2 gegenüber dem Außenrotor 3 innerhalb der Druckräume 7 hydraulisch eingespannt. Als hydraulisches Druckmittel wird üblicherweise das Schmiermittel der nicht dargestellten Brennkraftmaschine verwendet.
Zur Druckmittelzufuhr zu bzw. Druckmittelabfuhr von den Druckkammern 9, 10 ist ein Druckmittelsystem vorgesehen, welches eine nicht dargestellte Druckmittelpumpe, einen ebenfalls nicht dargestellten Tank, ein nicht dargestelltes Steuerventil und mehrere nicht dargestellte Druckmittelleitungen umfasst. Von der Druckmittelpumpe gefördertes Druckmittel wird über eine weitere nicht dargestellte Druckmittelleitung dem Steuerventil zugeführt. Je nach Steuerzustand des Steuerventils wird diese Druckmittelleitung mit den Druckmittelleitungen des Druckmittelsystems verbunden (1c bis 12c).
Der Innenrotor 3 ist beispielsweise mit zwei Gruppen von nicht dargestellten Druckmittelkanälen ausgebildet, wobei sich jeder Druckmittelkanal von einer Aufnahme 34 des Innenrotors 3 an der dargestellten Nockenwelle zu einer der Druckkammern 9, 10 erstreckt. Die Druckmittelkanäle des Innenrotors 3 kommunizieren mit jeweils hiefür ausgebildeten Druckmittelleitungen des Druckmittelsystems. Zu diesem Zweck kann beispielsweise ein Druckmittelverteiler vorgesehen sein, welcher in der Aufnahme 34 des Innenrotors 3 angeordnet ist. In einer alternativen Ausführungsform ist das Steuerventil als Zentralventil ausgebildet und in der Aufnahme des Innenrotors 3 angeordnet, wobei in diesem Fall das Steuerventil den Druckmittelzulauf direkt mit den Druckmittelkanälen verbindet.
Um die Steuerzeiten (Öffnungs- und Schließzeitpunkte) der Gaswechselventile der Brennkraftmaschine in Richtung Früh zu verschieben, wird das dem Steuerventil über das Druckmittelsystem zugeführte Druckmittel über Druckmittelkanäle der Gruppe der ersten Druckkammern 9 geleitet. Gleichzeitig gelangt Druckmittel aus der Gruppe der zweiten Druckkammern 10 über weitere Druckmittelkanäle zum Steuerventil und wird in den Tank ausgestoßen. Dadurch werden die Flügel 6 in Richtung des Frühanschlags 8a verschoben, wodurch eine rotative Bewegung des Innenrotors 3 zum Außenrotor 2 in Drehrichtung der Vorrichtung erreicht wird. Um die Steuerzeiten der Gaswechselventile der Brennkraftmaschine in Richtung Spät zu verschieben, wird das dem Steuerventil über das Druckmittelsystem zugeführte Druckmittel über Druckmittelkanäle der Gruppe der zweiten Druckkammern 10 geleitet. Gleichzeitig gelangt Druckmittel aus der Gruppe der ersten Druckkammern 9 über weitere Druckmittelkanäle zum Steuerventil und wird in den Tank ausgestoßen. Dadurch werden die Flügel 6 in Richtung des Spätanschlags 8b verschoben, wodurch eine rotative Bewegung des Innenrotors 3 zum Außenrotor 2 entgegen der Drehrichtung der Vorrichtung erreicht wird. Um die Steuerzeiten konstant zu halten, wird die Druckmittelzufuhr zu sämtlichen Druckkammern 9, 10 entweder zugelassen oder bis auf einen Leckageausgleich unterbunden. Dadurch werden die Flügel 6 innerhalb der jeweiligen Druckräume 7 hydraulisch eingespannt und somit eine rotative Bewegung des Innenrotors 3 relativ zum Außenrotor 2 verhindert.
Während des Starts der Brennkraftmaschine oder während der Leerlaufphasen kann die Druckmittelversorgung der Vorrichtung nicht ausreichen, um die hydraulische Einspannung der Flügel 6 innerhalb der Druckräume 7 zu gewährleisten. Um ein unkontrolliertes Schwingen des Innenrotors 3 relativ zum Außenrotor 2 zu verhindern, ist ein Verriegelungsmechanismus 11 vorgesehen, der eine mechanische Verbindung zwischen den beiden Rotoren 2, 3 herstellt. Dabei sind in dem erfindungsgemäßen Ausführungsbeispiel im Innenrotor 3 jeweils in einer Bohrung 22 Verriegelungsstifte 15, 16 angeordnet, während im Außenrotor 2 Verriegelungskulissen 18, 19 ausgebildet sind. Befindet sich der Innenrotor 3 in einer definierten Phasenlage (Verriegelungsposition 25) zum Außenrotor 2, so können die Verriegelungsstifte 15, 16 in die jeweilige zugehörige Verriegelungskulisse 18, 19 eingreifen. Bei gleichzeitigem Einriegeln des Verriegelungsstifts 15 in die Kulisse 18 und des Verriegelungsstifts 16 in die Kulisse 19 wird eine mechanisch drehfeste Verbindung zwischen den beiden Rotoren 2, 3 hergestellt.
Es hat sich als vorteilhaft herausgestellt, die Verriegelungsposition so zu wählen, dass sich die Flügel 6 im verriegelten Zustand der Vorrichtung in einer Position zwischen dem Frühanschlag 8a und dem Spätanschlag 8b befinden. Ein derartiger Verriegelungsmechanismus ist in den 2b bis 11b dargestellt. Diese zeigen schematisch einen Teillängsschnitt durch den Innenrotor 3 mit zwei Seitendeckeln 4, 5 und den Verriegelungskulissen 18, 19 und der Stellung der Verriegelungsstifte 15, 16 in einzelnen Betriebszuständen der Brennkraftmaschine. Je einer der Seitendeckel 4, 5 ist an einer der axialen Seitenflächen des Außenrotors 2 angeordnet und drehfest an diesem fixiert. Der Verriegelungsmechanismus 11 besteht aus einer ersten und einer zweiten Drehwinkelbegrenzungsvorrichtung 12, 13. In der dargestellten Ausführungsform besteht jede der Drehwinkelbegrenzungsvorrichtungen 12, 13 aus einem axial verschiebbaren Verriegelungsstift 15, 16, wobei jeder der Verriegelungsstifte 15, 16 jeweils in einer der Bohrungen 22 des Innenrotors 3 aufgenommen ist.
Des Weiteren sind in einem der Deckel 4, 5 zwei Kulissen 18, 19 in Form von in Umfangsrichtung verlaufenden Nuten ausgebildet. Jeder der Verriegelungsstifte 15, 16 wird mittels eines nicht dargestellten Federelements mit einer Kraft in Richtung des Deckels 4, 5 beaufschlagt. Nimmt der Innenrotor 3 zum Außenrotor 2 eine Position ein, in der ein Verriegelungsstift 15, 16 in axialer Richtung der zugehörigen Verriegelungskulisse 18, 19 gegenübersteht, so wird dieser in die Verriegelungskulisse 18, 19 gedrängt und die jeweilige Drehwinkelbegrenzungsvorrichtung 12, 13 von einem entriegelten in einen eingeriegelten Zustand überführt.
Dabei ist die Verriegelungskulisse 18 der ersten Drehwinkelbegrenzungsvorrichtung 12 auf einen Bereich zwischen einer maximalen Spätposition 8b und der Verriegelungsposition 25 beschränkt. Befindet sich der Innenrotor 3 relativ zum Außenrotor 2 in der Verriegelungsposition 25, so liegt der Verriegelungsstift 15 der ersten Drehwinkelbegrenzungsvorrichtung 12 an einem in Umfangsrichtung durch die Verriegelungskulisse 18 ausgebildeten Anschlag an, wodurch ein weiteres Verstellen in Richtung früherer Steuerzeiten verhindert wird.
Analog ist die Verriegelungskulisse 19 der zweiten Drehwinkelbegrenzungsvorrichtung 13 derart ausgelegt, dass bei eingeriegelter zweiter Drehwinkelbegrenzungsvorrichtung 13 die Phasenlage des Innenrotors 3 relativ zum Außenrotor 2 auf einen Winkelbereich zwischen der maximalen Frühposition 8a und der Verriegelungsposition 25 beschränkt ist. Befindet sich der Innenrotor 3 relativ zum Außenrotor 2 in der Verriegelungsposition 25, so liegt der Verriegelungsstift 16 der zweiten Drehwinkelbegrenzungsvorrichtung 13 an einem in Umfangsrichtung durch die Verriegelungskulisse 19 ausgebildeten Anschlag an, wodurch ein weiteres Verstellen in Richtung späterer Steuerzeiten verhindert wird.
Um die Drehwinkelbegrenzungsvorrichtungen 12, 13 von dem eingeriegelten in den entriegelten Zustand zu überführen, ist vorgesehen, dass die jeweilige Verriegelungskulisse 18, 19 mit Druckmittel beaufschlagt wird. Dadurch wird der jeweilige Verriegelungsstift 15, 16 entgegen der Kraft der Feder in die Bohrung 22 zurückgedrängt und somit die Drehwinkelbegrenzung aufgehoben. Die Verriegelungskulissen 18, 19 können über die Steuerleitung 21 mit Druckmittel beaufschlagt werden.
Des Weiteren ist vorgesehen, dass das nicht dargestellte Steuerventil sowohl die Druckmittelströme zu und von den ersten und zweiten Druckkammern 9, 10, als auch zu und von der Steuerleitung 21 regelt. Drei Anschlüsse verbinden das Steuerventil mit der Vorrichtung. Ein erster Arbeitsanschluss A kommuniziert mit der Druckmittelleitung, über die die ersten Druckkammern 9 mit Druckmittel versorgt werden. Ein zweiter Arbeitsanschluss B kommuniziert mit der Druckmittelleitung, über die die zweiten Druckkammern 10 mit Druckmittel versorgt werden. Der Steueranschluss Pins F + S kommuniziert mit der separaten Steuerleitung 21, über die die Kulissen 18, 19 der ersten und der zweiten Drehwinkelbegrenzungsvorrichtung 12, 13 mit Druckmittel beaufschlagt werden können. Ein Zulaufanschluss P für die nicht dargestellte Druckmittelpumpe stellt der Vorrichtung permanent einen Druckmittelstrom zur Verfügung. Über einen Ablaufanschluss T kann das Druckmittel in einen nicht dargestellten Tank abfließen. Die Anschlüsse P und T können mit dem Ölkreislauf des Motors verbunden werden, wobei dessen Öldruck von der Motordrehzahl und der Öltemperatur abhängig ist. Der Anschluss T ermöglicht dann ein Zurückfließen des aus dem Nockenwellenverstellers verdrängten Öls in den Ölkreislauf des Motors.
Das Steuerventil kann als konventionelles Einsteckventil oder auch als Zentralventil ausgeführt sein. Es ist auch denkbar, dass an dem Steuerventil mehr als 5 Anschlüsse vorgesehen sind, insbesondere können auch mehrer Anschlüsse zum Abfließen des Druckmittels in den Tank vorgesehen sein.
Weiterhin kann das Steuerventil beispielsweise mit einer elektrischen Stelleinheit ausgebildet sein, über die in Abhängigkeit von der elektrischen Bestromung die Arbeitsanschlüsse A, B und der Steueranschluss Pins F + S wahlweise mit dem Zulaufanschluss P, dem Ablaufanschluss T oder keinem von beiden verbunden werden können.
Die internen Verbindungen der Anschlüsse eines derartigen Steuerventils in den einzelnen Ventilstellungen sind in den 1c bis 12c symbolisch dargestellt.
Die 1d bis 12d zeigen in einem Diagramm in vereinfachter Darstellung den graphischen Verlauf des Druckmittelstroms Q am Steueranschluss Pins F + S (Kurve 26) und an den Arbeitsanschlüssen A sowie B (Kurve 27) in Abhängigkeit von der elektrischen Bestromung I eines solchen Steuerventils. Dort ist die Bestromung I, mit der das Steuerventil in der jeweiligen Ventilstellung angesteuert wird, als senkrechte gestrichelte Linie (Linie 28) eingezeichnet.
Während der Motorstoppphase der Brennkraftmaschine (2a, 2b, 2c und 2d) wird das Steuerventil voll elektrisch bestromt und in die Voreilstellung überführt (2c und 2d). Dabei ist der Druckmittelzulaufanschluss P auf den ersten Arbeitsanschluss A geschaltet (2c), wodurch Druckmittel zu den ersten Druckkammern 9 geleitet wird. Gleichzeitig wird der zweite Arbeitsanschluss B mit dem Druckmittelablaufanschluss T und der Steueranschluss Pins F + S mit dem Druckmittelzulaufanschluss P verbunden (2c). Dadurch kann Druckmittel aus den zweiten Druckkammern 10 zum Tank abfließen und die mit der Steuerleitung 21 kommunizierenden Verriegelungskulissen 18, 19 werden mit Druckmittel beaufschlagt. Dies bewirkt eine Relativdrehung des Innenrotors 3 zum Außenrotor 2 in Richtung der maximalen Frühposition 8a und entspricht einer Verstellung der Vorrichtung in Richtung früherer Steuerzeiten der Gaswechselventile, wobei der Innenrotor 3 in eine Stellung zwischen der Verriegelungsposition 25 und der maximalen Frühposition 8a gelangt (2a). Da die Kulissen 18, 19 über die Steuerleitung 21 mit Druckmittel beaufschlagt werden, können die Drehwinkelbegrenzungsvorrichtungen 12, 13 in entriegeltem Zustand gehalten oder in diesen überführt werden (2b). Dadurch kann die Phasenlage des Innenrotors 3 relativ zum Außenrotor 2 über die Verriegelungsposition 25 hinaus in Richtung Früh verschoben werden, ohne dass bei einer Verstellung aus einer Spätposition heraus die erste Drehwinkelbegrenzungsvorrichtung 12 in eingeriegeltem Zustand am Frühanschlag der Kulisse 18 in der Verriegelungsposition 25 zum Anliegen kommt und eine weitere Bewegung in Richtung Früh sperrt (2a und 2b). Bei einem Motorstopp in einer Phasenlage der Rotoren 2, 3 relativ zueinander zwischen der maximalen Spätposition 8b und der Verriegelungsposition 25 liegt das umgebogene Ende 32a des zweiten Endbereichs 14b am Federmitnahmestift 17 an. Hierbei unterstützt das von der Rückstellfeder 14 erzeugte Rückstellmoment eine Drehung der Rotoren 2, 3 relativ zueinander in Richtung der maximale Frühposition 8a. Dadurch werden in diesem Bereich höhere Verstellgeschwindigkeiten durch den Nockenwellenversteller 1 in Richtung früherer Steuerzeiten erreicht. Bei Einnahme der Verriegelungsposition 25 kommt der zweite Endbereich 14b der Rückstellfeder 14 über den gestuften Bereich 32c am Federanschlagstift 20 zur Anlage (2a). In dieser Position liegt der erste Endbereich 14a und der zweite Endbereich 14b an dem mit dem Außenrotor 2 fest verbundenen Seitendeckel 4, 5 an und die Rückstellfeder 14 wirkt sich auf eine Drehung der Rotoren 2, 3 relativ zueinander nicht aus. Bei einer weiteren Relativdrehung der Rotoren 2, 3 in Richtung der maximalen Frühposition 8a über die Verriegelungsposition 25 hinaus löst sich der Federmitnahmestift 17 aus der Anlage an dem umgebogenen Ende 32a der Rückstellfeder 14 und wird mit dem Innenrotor 3 mitbewegt, während der zweite Endbereich 14b in der Verriegelungsposition 25 über den gestuften Bereich 32c an dem Federanschlagstift 20 in vorgespanntem Zustand angelegt bleibt (2a).
Ist bei einem Motorstopp der Systemdruck zu gering für eine hydraulische Verstellung aus einer Spätposition in Richtung der maximalen Frühposition entgegen dem Reibmoment der Nockenwelle, werden die Rotoren 2, 3 durch das von der Rückstellfeder 14 erzeugte Rückstellmoment automatisch in die Verriegelungsposition 25 verstellt. Auf diese Weise kann während der Stoppphase der Brennkraftmaschine der Innenrotor 3 relativ zum Außenrotor 2 in einem definierten Winkelbereich zwischen der maximalen Frühposition 8a und der Verriegelungsposition 25 bzw. bei zu geringem Systemdruck in letzterer abgestellt werden.
Nach dem Erreichen des Motorstillstandes (3a, 3b, 3c und 3d) wird das Steuerventil in die Startstellung überführt und ist elektrisch unbestromt (3d). In dieser Ventilstellung ist der erste Arbeitsanschluss A und der Steueranschluss Pins F + S auf den Ablaufanschluss T geschaltet, während der zweite Arbeitsanschluss B mit dem Druckmittelzulaufanschluss P verbunden wird (3c). In der Motorstillstandsphase ist das hydraulische System drucklos. Die Phasenlage der Rotoren 2, 3 relativ zueinander und damit die Stellung des Flügels 6 ändern sich nicht (3a). Der Verriegelungsstift 16 kann in die gegenüberstehende Kulisse 19 einriegeln, dagegen steht der Verriegelungsstift 15 nicht der korrespondierenden Kulisse 18 gegenüber und wird im entriegelten Zustand gehalten (3b). Die Rückstellfeder 14 bleibt in der Verriegelungsposition 25 über den gestuften Bereich 32c an dem Federanschlagstift 20 in vorgespanntem Zustand angelegt und wirkt sich auf eine Drehung der Rotoren 2, 3 relativ zueinander nicht aus (3a).
Aus dieser Winkelposition heraus startet die Brennkraftmaschine während der Motorstartphase (4a bis 4d, 5a bis 5d und 5aa bis 5dd). Das Steuerventil befindet sich wie beim Motorstillstand in der Startstellung (4c, 5c und 5cc) und ist unbestromt (4d, 5d und 5dd). Zu Beginn der Startphase ist die hydraulische Einspannung der Flügel 6 innerhalb der Druckräume 7 wegen des zu geringen Systemdrucks im Allgemeinen nicht gewährleistet. Aufgrund der auf die Nockenwelle wirkenden Reibmomente wird der Innenrotor 3 relativ zum Außenrotor 2 in Richtung der maximalen Spätposition 8b verdreht (4a und 5a). Diese Bewegung wird durch die eingeriegelte zweite Drehwinkelbegrenzungsvorrichtung 13 bei Einnahme der Verriegelungsposition 25 gestoppt, wenn der Verriegelungsstift 16 am Anschlag der Kulisse 18 in Richtung Spät zum Anliegen kommt (5b). Gleichzeitig gelangt der Federmitnahmestift 17, der bei der Drehung der Rotoren 2, 3 relativ zueinander in Richtung der maximalen Spätposition 8b mit dem Innenrotor 3 mitbewegt wird, in der Verriegelungsposition 25 am umgebogenen Ende 32a zur Anlage (5a). Da der gestufte Abschnitt 32c am Federanschlagstift 20 während dieses Vorgangs angelegt ist, wirkt sich die Rückstellfeder 14 auf die Drehung der Rotoren 2, 3 relativ zueinander nicht aus (5a).
Auf diese Weise werden die Rotoren 2, 3 relativ zueinander unmittelbar nach dem Neustart der Brennkraftmaschine automatisch in die Verriegelungsposition 25 verstellt. Gleichzeitig gelangt der Verriegelungsstift 15 in die Verriegelungsstellung und in die gegenüberstehende Kulisse 18 einriegeln (5b), die wie die Kulisse 19 nicht mit Druckmittel beaufschlagt ist. Hierdurch wird eine mechanische Festsetzung des Innenrotors 3 relativ zum Außenrotor 2 in der Verriegelungsposition 25 hergestellt (5a und 5b). Bei steigendem Systemdruck füllen sich die über den zweiten Arbeitsanschluss B am Steuerventil mit der Druckmittelpumpe verbundenen zweiten Druckkammern 10 mit Druckmittel. Dabei werden die Drehwinkelbegrenzungsvorrichtungen 12, 13 in eingeriegeltem Zustand gehalten, da die Steuerleitung 21 nicht mit Druckmittel beaufschlagt ist (5aa, 5bb und 5cc).
Alternativ kann dieser Vorgang auch schon während der Motorstoppphase der Brennkraftmaschine erfolgen, wenn der Innenrotor 3 aufgrund des nicht ausreichenden Systemdrucks und der auf die Nockenwelle wirkenden Reibmomente sowie Wechseldrehmomente in die Verriegelungsposition 25 gedrängt wird. Befindet sich der Verriegelungsstift 16 in der Verriegelungsstellung der Kulisse 19 gegenüber, kann die erste Drehwinkelbegrenzungsvorrichtung 13 in den eingeriegelten Zustand übergehen.
Da während des gesamten Startvorgangs der Steueranschluss Pins F + S mit dem Druckmittelablaufanschluss T verbunden ist (4c, 5c und 5cc), kann Druckmittel aus den mit diesem kommunizierenden Kulissen 18, 19 in den Tank abfließen und die erste und die zweite Drehwinkelbegrenzungsvorrichtung 12, 13 in eingeriegeltem Zustand überführt oder gehalten werden (4b, 5b und 5bb). Auf diese Weise kann der Nockenwellenversteller bei einem Motorstart der Brennkraftmaschine in der Verriegelungsposition 25 mechanisch verriegelt und eine selbsttätige Entriegelung bzw. ungewollte Verstellung der Vorrichtung bei einem ansteigenden Systemdruck sicher vermieden werden.
Da in der Voreilstellung, in der Nacheilstellung und in der Startstellung zumindest eine Gruppe der Druckkammern 9, 10 über das Steuerventil mit der Druckmittelpumpe verbunden ist, ist eine ausreichende Schmiermittelversorgung des Nockenwellenverstellers insbesondere auch während der Motorstopphase (2c) und während des gesamten Startvorgangs (4c, 5c und 5cc) sichergestellt.
Die 6a bis 6d zeigen den Nockenwellenversteller bei einem Motorstillstand mit abgewürgtem Motor. Die Rotoren 2, 3 befinden sich in einer Phasenlage relativ zueinander in einem Winkelbereich zwischen einer maximalen Spätposition 8b und der Verriegelungsposition 25 (6a). In dieser Position liegt die Rückstellfeder 14 mit ihrem umgebogenen Ende 32a am Federmitnahmestift 17 des Innenrotors 3 an und ist mit einem Rückstellmoment einer Drehung der Rotoren 2, 3 relativ zueinander in Richtung der maximalen Frühposition 8a vorgespannt. Das Steuerventil wird in die Startstellung überführt (6c und 6d). Aufgrund des fehlenden Systemdrucks sind weder die Druckkammern 9, 10 noch die Kulissen 18, 19 mit Druckmittel beaufschlagt. Der Verriegelungsstift 15 steht der zugehörigen Kulisse 18 gegenüber und riegelt in diese ein. Dagegen befindet sich der Verriegelungsstift 16 nicht der korrespondierenden Kulisse 19 gegenüber und wird daher in entriegeltem Zustand gehalten (6b).
Da das von der Rückstellfeder 14 erzeugte Rückstellmoment größer ist als das Reibmoment der Nockenwelle und diesem entgegenwirkt, werden beim Motorstart bei abgewürgtem Motor (7a bis 7d) die Rotoren 2, 3 relativ zueinander durch die Wirkung des Rückstellmoments der Rückstellfeder 14 und der Wirkung der auf die Nockenwelle wirkenden Wechseldrehmomente aufgrund der Betätigung der Gaswechselventile in Richtung der maximalen Frühposition 8a verdreht (7a). Bei Einnahme der Verriegelungsposition 25 legt sich der zweite Endbereich 14b der Rückstellfeder 14 über den gestuften Bereich 32c der Rückstellfeder 14 am Federanschlagstift 20 vorgespannt an (7a). In dieser Position wirkt sich die Rückstellfeder auf eine Drehung der Rotoren 2, 3 relativ zueinander nicht mehr aus. Auf diese Weise gelangen die Rotoren 2, 3 bei abgewürgtem Motor und einem Motorstillstand in einer Spätposition und fehlendem Systemdruck automatisch in die Verriegelungsposition 25. Gleichzeitig kommt der eingeriegelte Verriegelungsstift 15 am Anschlag der Kulisse 18 in Richtung der maximalen Frühposition zum Anliegen. In der Verriegelungsposition 25 gelangt auch der Verriegelungsstift 16 der korrespondierenden Kulisse 19 gegenüber und kann in diese eingreifen (7b). Hierdurch werden die Rotoren 2, 3 über die eingeriegelten Drehwinkelbegrenzungsvorrichtungen 12, 13 relativ zueinander in der Verriegelungsposition 25 mechanisch fixiert.
Bei steigendem Systemdruck füllen sich dabei die über den zweiten Arbeitsanschluss B am Steuerventil mit der Druckmittelpumpe verbundenen zweiten Druckkammern 10 mit Druckmittel (8a und 8c). Dabei werden die Drehwinkelbegrenzungsvorrichtungen 12, 13 in eingeriegeltem Zustand gehalten, da die Steuerleitung 21 nicht mit Druckmittel beaufschlagt ist (8a, 8b und 8c). Auf diese Weise kann der Nockenwellenversteller während des Startvorgang in verriegeltem Zustand in einer mittleren Phaselage der Rotoren 2, 3 relativ zueinander gehalten werden.
Während des Startvorgangs bei abgewürgtem Motor befindet sich das Steuerventil in der Startstellung (7c und 7d) und ist unbestromt (7d und 8d).
Zur Entriegelung des Nockenwellenverstellers 1 und einer Verstellung in Richtung früherer Steuerzeiten (9a bis 9d) wird das Steuerventil in die Voreilstellung geschaltet (9d). In dieser Ventilstellung wird der Steueranschluss Pins F + S mit dem Zulaufanschluss P verbunden und das Steuerventil voll elektrisch bestromt (9d, Linie 28). Dadurch werden zunächst die Kulissen 18, 19 über die Steuerleitung 21 mit Druckmittel beaufschlagt und die Verriegelungsstifte 15, 16 in den entriegelten Zustand überführt und in diesem Zustand gehalten (9b). Gleichzeitig werden die ersten Druckkammern 9 über den zweiten Arbeitsanschluss A mit dem Zulaufanschluss P verbunden und mit. Druckmittel beaufschlagt, während von den zweiten Druckkammern 10 Druckmittel über den Ablaufanschluss T in den Tank ausgestoßen wird (9c). Als Folge werden die Flügel 6 in Richtung des Frühanschlags 8a mit einer Kraft beaufschlagt, wodurch eine Drehung des Innenrotors 3 gegenüber dem Außenrotor 2 in der Drehrichtung der Vorrichtung in Richtung der maximalen Frühposition 8a erzeugt wird (9a). Bei einer relativen Drehung der Rotoren 2, 3 zueinander in Richtung der maximalen Frühposition 8a in einem Winkelbereich zwischen der maximalen Spätposition 8b und der Verriegelungsposition 25 wird die Drehung durch das von der Rückstellfeder 14 erzeugte Rückstellmoment unterstützt. Hierdurch werden bei einer Verstellung in Richtung früherer Steuerzeiten höhere Verstellgeschwindigkeiten durch den Nockenwellenversteller erreicht. Bei einer Drehung der Rotoren 2, 3 relativ zueinander über die Verriegelungsposition 25 hinaus löst sich der Federmitnahmestift 17 des Innenrotors 3 aus der Anlage an dem umgebogenen Ende 32a der Rückstellfeder 14 und wird mit dem Innenrotor 3 in Richtung der maximalen Frühposition 8a mitbewegt, während der zweite Endbereich 14b der Rückstellfeder 14 in der Verriegelungsposition 25 über den gestuften Bereich 32c an dem Federanschlagstift 20 vorgespannt angelegt bleibt (9a). In dieser Position ist die Wirkverbindung zwischen dem zweiten Endbereich 14b der Rückstellfeder 14 und dem Innenrotor gelöst ist. Da der erste Endbereich 14a und der zweite Endbereich 14b an dem mit dem Außenrotor 2 fest verbundenen Seitendeckel 4, 5 anliegt, wirkt sich die Rückstellfeder 14 bei einer relativen Phasenlage der Rotoren 2, 3 in einem Winkelbereich zwischen der Verriegelungsposition 25 und der maximalen Frühposition auf eine Drehung der Rotoren 2, 3 relativ zueinander nicht aus.
In der Voreilstellung (Linie 28, 9d) werden an den Arbeitsanschlüssen A und B große Druckmittelströme mit hohen Verstellgeschwindigkeiten erreicht (Kurve 27, 9d).
Soll der Nockenwellenversteller 1 entriegelt und die Steuerzeiten der Gaswechselventile der Brennkraftmaschine in Richtung späterer Steuerzeiten verstellt werden (10a bis 10d), wird das Steuerventil in die Nacheilstellung überführt (10c und 10d), wobei der Steueranschluss Pins F + S und der zweite Arbeitsanschluss B mit dem Zulaufanschluss P verbunden werden und gleichzeitig der erste Arbeitsanschluss A auf den Ablaufanschluss T geschaltet wird (10c). Über den Steueranschluss Pins F + S wir die mit den Kulissen 18, 19 kommunizierende Steuerleitung 21 mit Druckmittel beaufschlagt und die Verriegelungsstifte 15, 16 in den entriegelten Zustand überführt oder in diesem gehalten (10b). Gleichzeitig werden die zweiten Druckkammern 10 mit Druckmittel beaufschlagt, während Druckmittel aus den ersten Druckkammern 9 in den Tank ausgestoßen wird. Als Folge werden die Flügel 6 in Richtung des Spätanschlags 8b verschoben, wodurch eine rotative Bewegung des Innenrotors 3 relativ zum Außenrotor 2 entgegen der Drehrichtung des Nockenwellenverstellers 1 in Richtung der maximalen Spätposition 8b erreicht wird (10a). Bei Einnahme der Verriegelungsposition 25 legt sich der Federmitnahmestift 17 des Innenrotors 3 am umgebogenen Ende 32a der Rückstellfeder 14 an. Bei einer Drehung der Rotoren 2, 3 relativ zueinander in Richtung der maximalen Spätposition 8b über die Verriegelungsposition 25 hinaus wird der zweite Endbereich 14b der Rückstellfeder 14 über das am Federmitnahmestift 17 am Innenrotor 3 anliegende umgebogene Ende 32a in Richtung der maximalen Spätposition 8b mitbewegt. Gleichzeitig löst sich der gestufte Bereich 32c aus der Anlage am Federanschlagsstift 20. Dabei muss das der Drehung entgegenwirkende Vorspannmoment der über den gestuften Abschnitt 32c am Federanschlagstift 20 anliegenden Rückstellfeder 14 überwunden werden. Bei einer Verstellung in spätere Steuerzeiten wird die Rückstellfeder 14 mit einem Rückstellmoment weiter vorgespannt (10a).
In der Nacheilstellung (Linie 28, 10d) werden an den Arbeitsanschlüssen A und B große Druckmittelströme mit hohen Verstellgeschwindigkeiten erreicht (10d, Kurve 27).
Soll die Phasenlage des Innenrotors 3 relativ zum Außenrotor 2 in einer geregelten Position gehalten werden, wird das Steuerventil in die Haltestellung (11c und 11d) überführt. In dieser Stellung findet bis auf einen Leckageausgleich kein Druckmittelaustausch zwischen den Druckkammern 9, 10 und dem Tank oder der Druckmittelpumpe statt. Die Flügel 6 werden hydraulisch in den jeweiligen Druckräumen 7 eingespannt und somit wird die Phasenlage des Innenrotors 3 relativ zum Außenrotor 2 in der geregelten Position gehalten (11a). Dabei bleibt der Anschluss Pins F + S mit dem Anschluss P verbunden (11c), wodurch die Kulissen 18, 19 über die Steuerleitung 21 mit Druckmittel beaufschlagt und die Drehwinkelbegrenzungsvorrichtungen 12, 13 in entriegeltem Zustand gehalten werden (11 b). Befinden sich die Rotoren 2, 3 in einer Phasenlage relativ zueinander zwischen der maximalen Spätposition 8b und der Verriegelungsposition 25, liegt das umgebogene Ende 32a der Rückstellfeder 14 am Federmitnahmestift 17 an und der gestufte Abschnitt 32c ist aus der Anlage am Federanschlagstift 20 gelöst. Dabei ist die Rückstellfeder 14 mit einem Rückstellmoment einer Drehung der Rotoren 2, 3 relativ zueinander in Richtung der maximalen Frühposition 8a vorgespannt (11a).
In der Voreilstellung, der Nacheilstellung und in der geregelten Position (Linie 28, 9d, 10d und 11d) werden an dem Steueranschluss Pins F + S große Druckmittelströme erreicht (9d, 10d und 11d, Kurve 26).
Bezugszeichenliste

1: hydraulischer Nockenwellenversteller
2: Außenrotor
3: Innenrotor
4: Seitendeckel
5: Seitendeckel
6: Flügel
7: Druckraum
8: Begrenzungswand
8a: Frühanschlag, maximale Frühposition
8b: Spätanschlag, maximale Spätposition
9: erste Druckkammer
10: zweite Druckkammer
11: Verriegelungsmechanismus
12: Drehwinkelbegrenzungsvorrichtung
13: Drehwinkelbegrenzungsvorrichtung
14: Federelement, Rückstellfeder
14a: erster Endbereich
14b: zweiter Endbereich
15: Verriegelungsstift
16: Verriegelungsstift
17: Anschlag, Federmitnahmestift
18: Kulisse
19: Kulisse
20: Anschlag, Federanschlagstift
21: Steuerleitung
22: Bohrung
25: Verriegelungsposition
26: Kurve
27: Kurve
28: Linie
29: Abstützelement, Federeinhängestift
30: Abstützelemente, Federeinhängestifte
31: Befestigungselemente, Deckelschrauben
32: Anlagebereich
32a: umgebogenes Ende
32b: Flanken
32c: gestufter Abschnitt
33: Kettenrad
34: Aufnahme
35: Öffnung
36: Öffnung
A: erster Arbeitsanschluss
B: zweiter Arbeitsanschluss
Pins F + S: Steueranschluss
T: Ablaufanschluss
P: Zulaufanschluss

Claims

Hydraulischer Nockenwellenversteller (1) zur variablen Einstellung der Steuerzeiten von Gaswechselventilen einer Brennkraftmaschine mit einem Außenrotor (2) und einem relativ zu diesem drehbar angeordneten Innenrotor (3) und mit zumindest einem Federelement (14), wobei ein erster Endbereich (14a) des Federelements (14) an einem der Rotoren (2, 3) abgestützt ist, dadurch gekennzeichnet, dass eine unmittelbare Wirkverbindung zwischen einem zweiten Endbereich (14b) des Federelements (14) und den Rotoren (2, 3) herstellbar ist, wobei zumindest eine erste und eine zweite Drehwinkelbegrenzungsvorrichtung (12, 13) vorgesehen sind, wobei die Rotoren (2, 3) bei eingeriegelter erster und zweiter Drehwinkelbegrenzungsvorrichtung (12, 13) in einer Verriegelungsposition (25) zueinander fixierbar sind.
Hydraulischer Nockenwellenversteller (1) nach Anspruch 1, dadurch gekennzeichnet, dass der zweite Endbereich (14b) des Federelements (14) zumindest einen Anlagebereich (32) aufweist, wobei der Anlagebereich (32) bei einer relativen Drehung der Rotoren (2, 3) zueinander jeweils an zumindest einem Anschlag (17, 20) einer der Rotoren (2, 3) anlegbar ist.
Hydraulischer Nockenwellenversteller (1) nach Anspruch 2 dadurch gekennzeichnet, dass der Anlagebereich (32) ein umgebogenes Ende (32a) und einen stufig ausgeformten Abschnitt (32c) aufweist.
Hydraulischer Nockenwellenversteller (1) nach einem der Ansprüche 2 oder 3 dadurch gekennzeichnet, dass die Anschläge (17, 20) an den Rotoren (2, 3) in achsenparalleler Richtung zur Drehachse der Rotoren (2, 3) ausgebildet sind.
Hydraulischer Nockenwellenversteller (1) nach einem der Ansprüche 1 bis 4 dadurch gekennzeichnet, dass der erste Endbereich (14a) des Federelements (14) an der Außenseite eines mit dem Außenrotor (2) fest verbundenen Seitendeckels (4, 5) abgestützt ist.
Hydraulischer Nockenwellenversteller (1) nach einem der Ansprüche 3 bis 5 dadurch gekennzeichnet, dass zur Anlage des umgebogenen Endes (32a) des Federelements (14) am Innenrotor (3) ein Federmitnahmestift (17) an einer Seitenfläche des Innenrotors (3) angeordnet ist.
Hydraulischer Nockenwellenversteller (1) nach einem der Ansprüche 5 bis 6 dadurch gekennzeichnet, dass zur Anlage des gestuften Abschnitts (32c) des Federelements (14) am Außenrotor (2) ein Federanschlagstift (20) an der Außenseite des Seitendeckels (4, 5) angeordnet ist.
Hydraulischer Nockenwellenversteller (1) nach einem der Ansprüche 5 bis 7 dadurch gekennzeichnet, dass zur Abstützung des ersten Endbereiches (14a) des Federelements (14) zumindest zwei Abstützelemente (30) an der Außenseite des Seitendeckels (4, 5) vorgesehen sind.
Hydraulischer Nockenwellenversteller (1) nach einem der Ansprüche 1 bis 8 dadurch gekennzeichnet, dass zur Abstützung des zweiten Endbereiches (14b) des Federelements (14) zumindest ein Abstützelement (29) am Innenrotor (3) vorgesehen ist.
Hydraulischer Nockenwellenversteller (1) nach einem der Ansprüche 5 bis 9 dadurch gekennzeichnet, dass der Seitendeckel (4, 5) im Bereich des am Innenrotor (3) ausgebildeten Federmitnahmestifts (17) eine Öffnung (36) aufweist.
Hydraulischer Nockenwellenversteller (1) nach einem der Ansprüche 5 bis 10 dadurch gekennzeichnet, dass der Seitendeckel (4, 5) im Bereich des am Innenrotor (3) ausgebildeten Abstützelements (29) eine Öffnung (35) aufweist.