DE102007056685A1

DE102007056685A1 - Vorrichtung zur variablen Einstellung der Steuerzeiten von Gaswechselventilen einer Brennkraftmaschine

Info

Publication number: DE102007056685A1
Application number: DE102007056685A
Authority: DE
Inventors: Jochen Auchter; Andreas Hempfling
Original assignee: Schaeffler KG
Current assignee: Schaeffler Technologies AG and Co KG
Priority date: 2007-11-24
Filing date: 2007-11-24
Publication date: 2009-05-28
Also published as: KR20100093528A; EP2215332A1; KR101468261B1; CN101918680A; ATE513981T1; WO2009065730A1; EP2215332B1; US20100326383A1

Abstract

Die Erfindung betrifft eine Vorrichtung (10) zur variablen Einstellung der Steuerzeiten von Gaswechselventilen (9a, b) einer Brennkraftmaschine (1) mit einem Antriebselement (22), einem Abtriebselement (23), zumindest einer Druckkammer (35, 36), einer Druckmittelversorgungseinrichtung (37) und zumindest einem Druckspeicher (43), wobei mittels der Druckmittelversorgungseinrichtung (37) der mindestens einen Druckkammer (35, 36) Druckmittel zugeführt oder von dieser abgeführt werden kann, wobei durch Druckmittelzufuhr zu bzw. Druckmittelabfluss von der Druckkammer (35, 36) eine Phasenlage des Abtriebselements (23) relativ zum Antriebselement (22) veränderbar ist, wobei der Druckspeicher (43) ein verlagerbares Element (45) aufweist, das mit einer ersten Druckfläche (47) versehen ist, die einen Vorratsraum (49) teilweise begrenzt, wobei der Vorratsraum (49) mit der Druckmittelversorgungseinrichtung (37) verbunden ist oder verbunden werden kann, wobei ein Kraftspeicher das verlagerbare Element (45) in Richtung einer Ausgangsstellung mit einer Kraft beaufschlagt und wobei durch Druckbeaufschlagung des Vorratsraums (49) das verlagerbare Element (45) gegen die Kraft des Kraftspeichers (46) verschoben werden kann.

Description

Gebiet der Erfindung
Die Erfindung betrifft eine Vorrichtung zur variablen Einstellung der Steuerzeiten von Gaswechselventilen einer Brennkraftmaschine mit einem Antriebselement, einem Abtriebselement, zumindest einer Druckkammer, einer Druckmittelversorgungseinrichtung und zumindest einem (Druckspeicher, wobei mittels der Druckmittelversorgungseinrichtung der mindestens einen Druckkammer Druckmittel zugeführt oder von dieser abgeführt werden kann, wobei durch Druckmittelzufuhr zu bzw. Druckmittelabfluss von der Druckkammer eine Phasenlage des Abtriebselements relativ zum Antriebselement veränderbar ist, wobei der Druckspeicher ein verlagerbares Element aufweist, das mit einer ersten Druckfläche versehen ist, die einen Vorratsraum teilweise begrenzt, wobei der Vorratsraum mit der Druckmittelversorgungseinrichtung verbunden ist oder verbunden werden kann, wobei ein Kraftspeicher das verlagerbare Element in Richtung einer Ausgangsstellung mit einer Kraft beaufschlagt und wobei durch Druckbeaufschlagung des Vorratsraums das verlagerbare Element gegen die Kraft des Kraftspeichers verschoben werden kann.
Hintergrund der Erfindung
In modernen Brennkraftmaschinen werden Vorrichtungen 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. Die Vorrichtung umfasst üblicherweise eine Stelleinrichtung, die von einer Kurbelwelle angetrieben wird und deren Drehmoment auf die Nockenwelle überträgt. Dabei ist innerhalb der Stelleinrichtung ein hydraulischer Stellantrieb ausgebildet, der es ermöglicht die Phasenlage zwischen Kurbelwelle und Nockenwelle gezielt zu beeinflussen. Zur Versorgung der Stelleinrichtung mit Druckmittel ist eine Druckmittelversorgungseinrichtung vorgesehen.
Eine derartige Vorrichtung ist beispielsweise aus der EP 1 025 343 B1 bekannt. Die Vorrichtung umfasst zwei gegeneinander verdrehbare Rotoren, wobei ein Außenrotor in Antriebsverbindung mit der Kurbelwelle steht und der Innenrotor drehfest mit der Nockenwelle verbunden ist. Die Vorrichtung umfasst mehrere Hohlräume, wobei jeder der Hohlräume mittels eines Flügels in zwei gegeneinander wirkende Druckkammern unterteilt wird. Durch Druckmittelzufuhr zu bzw. Druckmittelabfuhr von den Druckkammern werden die Flügel innerhalb der Druckräume verschoben, wodurch eine gezielte Verdrehung der Rotoren zueinander und somit der Nockenwelle zur Kurbelwelle bewirkt wird.
Der Druckmittelzufluss zu, bzw. der Druckabfluss von den Druckkammern wird mittels einer Druckmittelversorgungseinrichtung gesteuert, die eine Druckmittelpumpe, einen Tank, ein Steuerventil, und mehrere Druckmittelleitungen umfasst. Dabei verbindet eine Druckmittelleitung die Druckmittelpumpe mit dem Steuerventil. Jeweils eine weitere Druckmittelleitung verbindet einen der Ar beitsanschlüsse des Steuerventils mit den Druckkammern. Das Druckmittel wird üblicherweise dem Schmiermittelkreislauf der Brennkraftmaschine entnommen.
Um die Funktion der Vorrichtung zu gewährleisten, muss der Druck im Druckmittelsystem in jeder Betriebsphase der Brennkraftmaschine einen bestimmten Wert übersteigen. Dies ist besonders in den Leerlaufphasen der Brennkraftmaschine kritisch, da die Druckmittelpumpe von der Kurbelwelle angetrieben wird und somit der Systemdruck mit der Drehzahl der Brennkraftmaschine ansteigt. Der von der Druckmittelpumpe bereitgestellte Systemdruck ist weiterhin von der Druckmitteltemperatur abhängig, wobei der Systemdruck bei steigender Temperatur sinkt. Somit muss die Druckmittelpumpe derart ausgelegt werden, dass diese unter den ungünstigsten Bedingungen ausreichend Systemdruck zur Verfügung stellt, um eine ausreichend schnelle Verstellung der Phasenlage des Innenrotors zum Außenrotor zu gewährleisten. Um die geforderte Verstellgeschwindigkeit selbst bei ungünstigsten Druckverhältnissen, wie beispielsweise hohe Druckmitteltemperaturen und/oder niedrigen Drehzahlen zu gewährleisten, muss die Druckmittelpumpe dementsprechend ausgelegt werden. Dies führt dazu, dass Druckmittelpumpen Einsatz finden, die auf die Spitzenanforderungen der Stelleinrichtung ausgelegt sind und somit während der meisten Betriebsphasen der Brennkraftmaschine zu groß dimensioniert sind. Alternativ können regelbare Druckmittelpumpe Einsatz finden, die bedarfsgerecht Druckmittel zur Verfügung stellen. In beiden Fällen wirkt sich der erhöhte Aufwand negativ auf die Kosten, den Bauraumbedarf und den Kraftstoffverbrauch der Brennkraftmaschine aus.
In der US 5,775,279 A eine weitere derartige Vorrichtung offenbart. In dieser Ausführungsform ist zwischen der Druckmittelpumpe und dem Steuerventil ein Druckspeicher angeordnet, der mit der Druckmittelversorgungseinrichtung kommuniziert. Dieser Druckspeicher wird in Phasen hohen Systemdrucks mit Druckmittel befüllt. Fällt der Systemdruck ab, so entleert sich der Druckspeicher automatisch, wodurch der Druckmittelversorgungseinrichtung zusätzliches Druckmittel zur Verfügung gestellt wird. Somit wird die Phasenverstellung der Vorrichtung unterstützt.
Nachteilig an dieser Ausführungsform ist der Umstand, dass der Druckspeicher auch dann entleert wird, wenn der Systemdruck nicht aufgrund eines Verstellvorgangs, sondern aufgrund anderer äußerer Umstände, beispielsweise durch ein Absinken der Drehzahl, abfällt. Somit stehen für einen sich anschließenden Phasenverstellvorgang eine geringere Druckunterstützung und ein geringeres Druckmittelvolumen aus dem Druckspeicher zur Verfügung.
Ein weiterer Nachteil besteht darin, dass der maximale Druck, mit dem der Druckspeicher die Druckmittelversorgungseinrichtung unterstützen kann, dem Druck entspricht, der unmittelbar vor dem Phasenverstellvorgang in der Druckmittelversorgungseinrichtung vorgeherrscht hat. Wird bei hohen Temperaturen und niedrigen Drehzahlen von der Motorsteuerung eine Verstellanforderung an die Vorrichtung gerichtet, so fällt die Druckunterstützung des Druckspeichers geringer aus, da der Systemdruck, mit dem der Druckspeicher gefüllt wurde, gering war. Dies kann dazu führen, dass der Verstellvorgang nicht durchgeführt werden kann, bzw. die Verstellgeschwindigkeit erheblich reduziert wird. Somit ist auch in diesem Fall eine Auslegung der Druckmittelpumpe auf die Spitzenlast mit den daraus resultierenden Nachteilen erforderlich.
Aufgabe der Erfindung
Der Erfindung liegt die Aufgabe zugrunde eine Vorrichtung zur variablen Einstellung der Steuerzeiten von Gaswechselventilen einer Brennkraftmaschine zu schaffen, wobei ein funktionssicheres Einstellen der Steuerzeiten bei hohen Verstellgeschwindigkeiten in jeder Betriebsphase der Brennkraftmaschine sichergestellt werden soll. Dabei soll auf eine Überdimensionierung der Druckmittelpumpe (Auslegung auf die zu erwarteten Spitzenlasten) ebenso verzichtet werden können, wie auf die Verwendung variabler Druckmittelpumpen.
Die Aufgabe wird erfindungsgemäß dadurch gelöst, dass das verlagerbare Element eine Gegendruckfläche aufweist, die einen Gegendruckraum zumindest teilweise begrenzt, wobei durch Druckmittelbeaufschlagung des Gegendruckraums das verlagerbare Element Richtung der Ausgangsstellung verlagert werden kann.
Das verlagerbare Element kann beispielsweise als Druckkolben ausgebildet sein, welcher innerhalb eines Druckbehälters gegen die Kraft eines beispielsweise als Federelement ausgebildeten Kraftspeichers verschoben werden kann. Bei Druckmittelzufuhr zu dem Vorratsraum vergrößert sich dessen Volumen auf Kosten des Gegendruckraums. Sinkt der Systemdruck in der Druckmittelversorgungseinrichtung, so übersteigt die Kraft des Kraftspeichers die durch den Systemdruck hervorgerufene Kraft auf die erste Druckfläche. Somit wird der Druckkolben durch den Kraftspeicher in eine Ausgangsstellung gedrängt, in der das Volumen des Vorratsraums minimal ist.
Alternativ zu dem Federelement können auch andere Formen von Kraftspeichern Einsatz finden, beispielsweise reversibel deformierbare Körper, beispielsweise aus Elastomeren, oder gasbefüllte Blasen.
Wird der Gegendruckraum in den Betriebsphasen der Brennkraftmaschine mit Druckmittel beaufschlagt, in denen der Druckspeicher Druckmittel an die Druckmittelversorgungseinrichtung abgeben soll, so wirkt auf das verlagerbare Element neben der Kraft des Kraftspeichers eine weitere Kraft, die dieses in Richtung der Ausgangsstellung drängt. Diese zusätzliche Kraft resultiert aus dem Druck in der Gegendruckkammer, der auf die Gegendruckfläche wirkt. Für deren Betrag F gilt: F = pA_G, wobei p dem auf die Gegendruckfläche wirkenden Druck und AG dem Flächeninhalt der Gegendruckfläche entspricht.
Durch die Erhöhung des vom Druckspeicher bereitgestellten Drucks, kann der Druckspeicher Spitzenverbräuche abfangen, so dass die Druckmittelpumpe auf den Normalbetrieb der Brennkraftmaschine ausgelegt werden kann. Es sind keine überdimensionierten oder geregelten Druckmittelpumpen nötig, um ein funktionssicheres und schnelles Verstellen der Phasenlage zu gewährleisten. Zusätzlich wird die Verstellgeschwindigkeit der Stelleinrichtung erhöht. Alternativ kann bei gleicher Verstellgeschwindigkeit die Stelleinrichtung kleiner dimensioniert werden. Wodurch die Masse, das Massenträgheitsmoment und die Kosten gesenkt werden können.
In einer Weiterbildung der Erfindung kann vorgesehen sein, dass das verlagerbare Element mindestens eine zweite Druckfläche aufweist, die einen Steuerraum teilweise begrenzt, wobei durch Druckbeaufschlagung des Steuerraums das verlagerbare Element gegen die Kraft des Kraftspeichers verschoben werden kann und wobei innerhalb des Druckspeichers ein Druckmittelfluss von dem Vorratsraum in den Steuerraum unterbunden ist. Darüber hinaus kann vorgesehen sein, dass der Vorratsraum und der Steuerraum innerhalb des Druckspeichers nicht miteinander kommunizieren. Vorteilhafterweise verlagert eine Druckmittelbeaufschlagung des Vorratsraums das verlagerbare Element in die gleiche Richtung, wie eine Druckmittelbeaufschlagung des Steuerraums, vorteilhafterweise von der Ausgangsstellung des verlagerbaren Elementes weg. Durch die Ausbildung des Druckspeichers mit einem verlagerbaren Element, welches voneinander isolierte Druckräume innerhalb des Druckspeichers teilweise begrenzt, können diese beiden Druckräume getrennt voneinander angesteuert, d. h. befüllt und/oder entleert, werden. Abgesehen von Leckage besteht keine Verbindung zwischen den Druckräumen. So können beispielsweise unterschiedliche Druckquellen zum Befüllen des Vorratsraums und des Steuerraums verwendet werden.
Alternativ kann auch eine Druckmittelverbindung zwischen dem Vorratsraum und dem Steuerraum innerhalb des Druckspeichers vorgesehen sein. Druckmittel welches dem Steuerraum zugeführt wird, kann über diese Druckmittelverbindung in den Vorratsraum gelangen. Dabei ist aber zu gewährleisten, dass ein umgekehrter Druckmittelfluss, von dem Vorratsraum in den Steuerraum unterbunden wird. Dies kann beispielsweise über einen Druckmittelkanal in dem Druckkolben oder dem Druckbehälter des Druckspeichers realisiert werden, in dem ein Rückschlagventil angeordnet ist. In diesem Fall kann die Befüllung des Vorratsraums und des Steuerraums alleine durch die Befüllung des Steuerraums erfolgen. Soll der Druckspeicher entleert werden, so wird der Steuerraum auf Tank geschalten. Der Vorratsraum entleert sich in die Druckmittelversorgungseinrichtung, der Steuerraum drucklos in den Tank. Ein Übertritt von Druckmittel von dem Vorratsraum in den Steuerraum wird durch das Rückschlagventil verhindert.
Ist vorgesehen, dass eine Druckmittelbeaufschlagung des Vorratsraums das verlagerbare Element in die gleiche Richtung verlagert, wie eine Druckmittelbeaufschlagung des Steuerraums, so kann der Steuerraum das Befüllen des Vorratsraums unterstützen. Zu diesem Zweck wird der Steuerraum während des Befüllvorgangs des Vorratsraums ebenfalls mit Druckmittel befüllt. Dadurch wirkt auf beide Druckflächen des Druckkolben eine Kraft auf diesen, wodurch in dem Kraftspeicher eine höhere Kraft gespeichert wird (das Federelement stärker komprimiert wird). Erhält der befüllte Druckspeicher von der Motorsteuerung den Befehl den Phasenverstellvorgang zu unterstützen, so kann der Steuerraum unabhängig vom Vorratsraum entleert werden. Das heißt, während der Vorratsraum in die Druckmittelversorgungseinrichtung entleert wird, und damit der Phasenverstellvorgang unterstützt, kann der Steuerraum gegen Atmosphärendruck in einen Tank entlüftet werden. Durch geeignete Auslegung kann die Entlüftung des Steuerraums schneller erfolgen als die Entleerung des Vorratsraums in die Druckmittelversorgungseinrichtung. Somit wirkt die gesamte Kraft, die in dem Kraftspeicher gespeichert wurde, über die erste Druckfläche auf den Vorratsraum. Als Folge kann der der Druck bei Beginn des Unterstützungsvorgangs um bis zu einem Faktor von
ansteigen, abhängig von der Last, die in diesem Zeitpunkt auf den Kraftspeicher wirkt. Dabei entspricht A₁ dem Flächeninhalt der ersten Druckfläche und A₂ dem Flächeninhalt der zweiten Druckfläche. Wird als Kraftspeicher beispielsweise ein Federelement eingesetzt, so steigt der Druck bei Beginn des Unterstützungsvorgangs um den vollen Faktor
an, solange die Feder noch nicht ihren maximal komprimierten Zustand erreicht hat.
In einer Weiterbildung der Erfindung kann der Gegendruckraum wahlweise mit einer Druckquelle oder einem Tank verbunden werden.
Es können Steuermittel vorgesehen sei, wobei der Gegendruckraum mittels der Steuermittel wahlweise mit einem Tank oder einer Druckquelle verbunden werden kann.
Dabei kann der Gegendruckraum mit der Druckmittelpumpe der Brennkraftmaschine verbunden werden. Der Gegendruckraum kann mit dem Tank der Brennkraftmaschine verbunden werden.
Die Druckquelle kann beispielsweise die Druckmittelversorgungseinrichtung bzw. deren Druckmittelpumpe oder eine dazu separate Quelle, beispielsweise die Druckquelle eines Servoverbrauchers (bspw. der Servolenkung) sein. Im zweiten Fall kann auch in Betriebsphasen mit niedrigem Systemdruck der Druckspeicher vollständig befüllt werden. Die wahlweise Verbindung mit einer Druckquelle bzw. dem Tank wird über Steuermittel, beispielsweise ein 3/2-Wegeventil in Form eines Schaltventils (bspw. Sitzventil) oder eines Proportionalventils (bspw. Schieberventils), hergestellt. Alternativ kommen auch zwei Steuermittel in betracht, wobei eines der Steuermittel die Verbindung Druckquelle → Gegendruckraum und das andere Steuermittel die Verbindung Gegendruckraum → Tank sperrt bzw. freigibt. Die Steuermittel können beispielsweise elektromagnetisch betätigte Hydraulikventile, wie Wegeventile (bspw. Schalt- oder Proportionalventile), entsperrbare Rückschlagventile oder dergleichen sein. Diese Steuermittel erhalten von einem Motorsteuergerät der Brennkraftmaschine Steuersignale, gemäß derer der Gegendruckraum befüllt oder entleert wird, d. h. ob der Druckspeicher befüllt oder der Entleervorgang unterstützt werden soll.
Ebenso denkbar ist der Einsatz von hydraulisch betätigten Steuermitteln. Dabei kann vorgesehen sein, dass die hydraulische Betätigungseinrichtung der Steuermittel mit der Druckmittelversorgungseinrichtung kommuniziert. So werden die Steuermittel bei Absinken des Drucks in der Druckmittelversorgungseinrichtung unter einen definierten Wert automatisch geschalten werden. Dadurch verringert sich der Regelaufwand erheblich.
Wird der Tank und oder die Druckmittelpumpe der Brennkraftmaschine zum Befüllen bzw. Entlüften des Gegendruckraums genutzt, so sind keine weiteren Komponenten nötig, als die ohnehin schon in der Brennkraftmaschine vorhandenen. Des Weiteren sind die Anforderungen an die Dichtung zwischen Druckmittelbehälter und Druckkolben niedriger, da eine Vermischung des Druckmittels in dem Vorratsraum und dem Gegendruckraum zulässig ist. Somit kann auf ein Dichtelement, welches zwischen dem Druckkolben und dem Druckbehälter wirkt, verzichtet werden.
Des Weiteren kann vorgesehen sein, dass als Steuermittel ein Wegeventil vorgesehen ist, das je einen Anschluss aufweist, der mit der Druckquelle, dem Tank, und dem Gegendruckraum verbunden ist. In einer Weiterbildung der Erfindung kann ein weiterer Anschluss vorgesehen sein, der mit dem Vorratsraum oder dem Steuerraum verbunden ist.
Die Druckunterstützung des Druckspeichers kann also durch einfaches Schalten von einem oder mehreren Steuermittel aktiviert werden. Dabei wird das Druckmittelvolumen bereitgestellt, welches in den Betriebsphasen der Brennkraftmaschine, in denen die Phasenlage konstant gehalten wird, in dem Vorratsraum gesammelt wird.
Die Druckunterstützung des Druckspeichers kann bei jedem Phasenverstellvorgang genutzt werden. Zu diesem Zweck werden immer dann die Steuermittel (Wegeventile und/oder entsperrbare Rückschlagventile) in die Position gebracht, in der der Vorratsraum entleert wird, wenn eine Phasenverstellung angefordert wird. In den Betriebsphasen zwischen den Phasenverstellanforderungen kann sich der Druckspeicher befüllen.
Eine weitere Möglichkeit besteht darin, die Druckunterstützung des Druckspeichers bedarfsabhängig zuzuschalten. Detektiert die Motorsteuerung, dass der von der Druckmittelpumpe gelieferte Druck oder Volumenstrom für die Phasenverstellung nicht ausreicht, so gibt sie die Druckunterstützung durch den Druckspeicher frei. Dieses Vorgehen verlängert die Zeiten, in denen der Druckspeicher befüllt werden kann und somit die Performance des Druckspeichers während der Druckunterstützung.
Alternativ kann vorgesehen sein die Druckunterstützung des Druckspeichers lediglich als „boost"-Funktion für kritische Verstellvorgänge zu nutzen, die beispielsweise einen hohen Volumenstrom oder eine hohe Verstellgeschwindigkeit benötigen. Detektiert die Motorsteuerung, dass ein derartiger kritischer Verstellvorgang eingeleitet werden soll, so schaltet diese die Druckunterstützung durch geeignete Einstellung der Steuermittel frei.
Ebenso denkbar ist es die Steuermittel einteilig mit einem Steuerventil auszubilden, welches den Druckmittelfluss zu und von den Druckkammern der Stelleinrichtung steuert.
Vorteilhafterweise entspricht das maximale Volumen des Vorratsraums zumindest dem zweifachen des Volumens der für eine Phasenverstellung von einermaximalen Spätstellung zu einer maximalen Frühstellung benötigt wird.
Der Druckspeicher kann beispielsweise in die Druckmittelleitung zwischen der Druckmittelpumpe und dem Steuerventil münden.
Alternativ kann vorgesehen sein, dass der Druckspeicher in eine der Druckmittelleitungen mündet, die einen der Arbeitsanschlüsse des Steuerventils mit einer Gruppe von Druckkammern verbindet. Zusätzlich kann in dieser Ausführungsform ein zweiter Druckspeicher vorgesehen sein, der in die Druckmittelleitung mündet, die den anderen Arbeitsanschluss des Steuerventils mit der anderen Gruppe von Druckkammern verbindet.
Kurze Beschreibung der Zeichnungen
Weitere Merkmale der Erfindung ergeben sich aus der nachfolgenden Beschreibung und aus den Zeichnungen in denen Ausführungsbeispiele der Erfindung vereinfacht dargestellt sind. Es zeigen:
1 nur sehr schematisch eine Brennkraftmaschine,
2a einen Längsschnitt durch die Stelleinrichtung
2b einen Querschnitt durch eine Stelleinrichtung,
3 eine erste erfindungsgemäße Ausführungsform einer Vorrichtung,
4 eine zweite erfindungsgemäße Ausführungsform einer Vorrichtung,
5 eine dritte erfindungsgemäße Ausführungsform einer Vorrichtung.
Ausführliche Beschreibung der Zeichnungen
In 1 ist eine Brennkraftmaschine 1 skizziert, wobei ein auf einer Kurbelwelle 2 sitzender Kolben 3 in einem Zylinder 4 angedeutet ist. Die Kurbelwelle 2 steht in der dargestellten Ausführungsform über je einen Zugmitteltrieb 5 mit einer Einlassnockenwelle 6 bzw. Auslassnockenwelle 7 in Verbindung, wobei eine erste und eine zweite Vorrichtung 10 für eine Relativdrehung zwischen Kurbelwelle 2 und den Nockenwellen 6, 7 sorgen können. Die Vorrichtungen 10 umfassen jeweils eine hydraulische Stelleinrichtung 10a, b und eine Druckmittelversorgungseinrichtung 37. Nocken 8 der Nockenwellen 6, 7 betätigen ein oder mehrere Einlassgaswechselventile 9a bzw. ein oder mehrere Auslassgaswechselventile 9b. Ebenso kann vorgesehen sein nur eine der Nockenwellen 6, 7 mit einer Vorrichtung 10 auszustatten, oder nur eine Nockenwelle 6, 7 vorzusehen, welche mit einer Vorrichtung 10 versehen ist.
3 zeigt eine erste Ausführungsform einer erfindungsgemäßen Vorrichtung 10, mit Stelleinrichtungen 10a, b einer Druckmittelversorgungseinrichtung 37 und einem Druckspeicher 43. Die 2a und 2b zeigen eine Stelleinrichtung 10a, b im Längsschnitt bzw. im Querschnitt.
Die Stelleinrichtung 10a, b weist ein als Außenrotor 22 ausgebildetes Antriebselement und ein als Innenrotor 23 ausgebildetes Abtriebselement auf. Der Außenrotor 22 weist ein Gehäuse 22a und zwei Seitendeckel 24, 25 auf, die an den axialen Seitenflächen des Gehäuses 22a angeordnet sind. Der Innenrotor 23 ist in Form eines Flügelrades ausgeführt und weist ein im Wesentlichen zylindrisch ausgeführtes Nabenelement 26 auf, von dessen äußerer zylindrischer Mantelfläche sich in der dargestellten Ausführungsform fünf Flügel 27 in radialer Richtung nach außen erstrecken. Die Flügel 27 sind separat zum Innenrotor 23 ausgebildet und in Flügelnuten 28 angeordnet, die an dem Nabenelement 26 ausgebildeten sind. Die Flügel 27 werden mittels Flügelfedern 27a, die zwischen den Nutgründen der Flügelnuten 28 und den Flügeln 27 angeordnet sind, radial nach außen mit einer Kraft beaufschlagt.
Ausgehend von einer äußeren Umfangswand 29 des Gehäuses 22a erstrecken sich mehrere Vorsprünge 30 radial nach innen. In der dargestellten Ausführungsform sind die Vorsprünge 30 einteilig mit der Umfangswand 29 ausgebildet. Der Außenrotor 22 ist mittels radial innen liegender Umfangswände der Vorsprünge 30 relativ zu dem Innenrotor 23 drehbar auf diesem gelagert.
An einer äußeren Mantelfläche der Umfangswand 29 ist ein Kettenrad 21 angeordnet, mittels welchem über einen nicht dargestellten Kettentrieb Drehmoment von der Kurbelwelle 2 auf den Außenrotor 22 übertragen werden kann.
Je einer der Seitendeckel 24, 25 ist an einer der axialen Seitenflächen des Gehäuses 22a angeordnet und drehfest an diesem fixiert. Zu diesem Zweck ist in jedem Vorsprung 30 eine Axialöffnung vorgesehen, die von einem Befestigungselement 32, beispielsweise einer Schraube, durchgriffen wird, welches zur drehfesten Fixierung der Seitendeckel 24, 25 an dem Gehäuse 22a dient.
Innerhalb der Stelleinrichtung 10a, b ist zwischen jeweils zwei in Umfangsrichtung benachbarten Vorsprüngen 30 ein Hohlraum 33 ausgebildet. Jeder der Hohlräume 33 wird in Umfangsrichtung von gegenüberliegenden, im Wesentlichen radial verlaufenden Begrenzungswänden 34 benachbarter Vorsprünge 30, in axialer Richtung von den Seitendeckeln 24, 25, radial nach innen von dem Nabenelement 26 und radial nach außen von der Umfangswand 29 begrenzt. In jeden der Hohlräume 33 ragt ein Flügel 27, wobei die Flügel 27 derart ausgebildet sind, dass diese sowohl an den Seitendeckeln 24, 25, als auch an der Umfangswand 29 anliegen. Jeder Flügel 27 teilt somit den jeweiligen Hohlraum 33 in zwei gegeneinander wirkende Druckkammern 35, 36.
Der Innenrotor 23 ist in einem definierten Winkelbreich drehbar zu dem Außenrotor 22. Der Winkelbereich wird in einer Drehrichtung des Innenrotors 23 da durch begrenzt, dass die Flügel 27 an je einer korrespondierenden Begrenzungswand 34 (Frühanschlag 34a) der Hohlräume 33 zum Anliegen kommen. Analog wird der Winkelbereich in der anderen Drehrichtung dadurch begrenzt, dass die Flügel 27 an den anderen Begrenzungswänden 34 der Hohlräume 33, die als Spätanschlag 34b dienen, zum Anliegen kommen.
Durch Druckbeaufschlagung einer Gruppe von Druckkammern 35, 36 und Druckentlastung der anderen Gruppe kann die Phasenlage des Außenrotors 22 zum Innenrotor 23 variiert werden. Durch Druckbeaufschlagung beider Gruppen von Druckkammern 35, 36 kann die Phasenlage der beiden Rotoren 22, 23 zueinander konstant gehalten werden. Alternativ kann vorgesehen sein, keine der Druckkammern 35, 36 während Phasen konstanter Phasenlage mit Druckmittel zu beaufschlagen. Als hydraulisches Druckmittel wird üblicherweise das Schmieröl der Brennkraftmaschine 1 verwendet.
Zur Druckmittelzufuhr zu bzw. Druckmittelabfuhr von den Druckkammern 35, 36 ist eine Druckmittelversorgungseinrichtung 37 vorgesehen, die in 3 dargestellt ist. Die Druckmittelversorgungseinrichtung 37 umfasst eine Druckquelle, die als Druckmittelpumpe 38 ausgeführt ist, einen Tank 39, ein Steuerventil 40 und mehrere Druckmittelleitungen 41. Das Steuerventil 40 weist einen Zulaufanschluss P, einen Tankanschluss T und zwei Arbeitsanschlüsse A, B auf. Jeweils eine der Druckmittelleitung 41 verbindet die Druckmittelpumpe 38 mit dem Zulaufanschluss P, den ersten Arbeitsanschluss A mit der ersten Druckkammer 35, den zweiten Arbeitsanschluss B mit der zweiten Druckkammer 36 und den Tankanschluss T mit dem Tank 39. Somit kann Druckmittel von der Druckmittelpumpe 38 über die Druckmittelleitung 41 zu dem Zulaufanschluss P des Steuerventils 40 gelangen.
In einer ersten Stellung des Steuerventils 40 ist der Zulaufanschluss P mit den ersten Druckkammern 35 verbunden, während die zweiten Druckkammern 36 mit dem Tank 39 verbunden sind.
In einer zweiten Stellung des Steuerventils 40 ist vorgesehen, dass keine der Druckkammern 35, 36 mit dem Tank 39 und dem Zulaufanschluss P kommuniziert.
In einer dritten Stellung des Steuerventils 40 ist der Zulaufanschluss P mit den zweiten Druckkammern 36 verbunden, während die ersten Druckkammern 35 mit dem Tank 39 verbunden sind.
Während des Betriebs der Brennkraftmaschine 1 wirkt auf die Nockenwelle 6, 7 ein Wechselmoment, welches durch das Abwälzen der Nocken 8 auf Nockenfolgern hervorgerufen wird. Dabei wirkt die Kraft von Ventilfedern bis zur vollständigen Öffnung des Gaswechselventils bremsend auf die Nockenwelle 6, 7 ein. Anschließend wird die Nockenwelle 6, 7 durch die Kraft der Ventilfedern beschleunigt. Als Konsequenz werden innerhalb der Stelleinrichtung 10a, b Druckspitzen erzeugt, die dazu führen, dass die mit dem Zulaufanschluss P verbundene Druckkammern 35, 36 gegen die Druckmittelpumpe 38 entleert werden, was zu einer erheblichen Verringerung der Verstellgeschwindigkeit führt. Um dies zu verhindern ist in der Druckmittelleitung 41, die die Druckmittelpumpe 38 mit dem Steuerventil 40 verbindet, ein Rückschlagventil 42a vorgesehen. Das Rückschlagventil 42a verhindert ein Zurückströmen des Druckmittels von den Druckkammern 35, 36 über das Steuerventil 40 zur Druckmittelpumpe 38. Die Druckspitzen stützen sich auf dem Rückschlagventil 42a ab, wodurch eine ungewollte Entleerung der Druckkammern 35, 36 effektiv verhindert wird und somit die Steifigkeit der Momentübertragung und die Verstellgeschwindigkeit erhöht wird.
Die Verstellgeschwindigkeit der Stelleinrichtungen 10a, b ist abhängig von dem bereitgestellten Druck, bzw. dem bereitgestellten Druckmittelvolumenstrom der Druckmittelpumpe 38. Der bereitgestellte Druck, bzw. der bereitgestellte Druckmittelvolumenstrom sind ihrerseits von einer Vielzahl von Faktoren abhängig, beispielsweise von der Drehzahl der Brennkraftmaschine 1 und der Druckmitteltemperatur. Um die geforderte Verstellgeschwindigkeit selbst bei ungünstigsten Verhältnissen, wie beispielsweise hohe Druckmitteltemperaturen und oder niedrigen Drehzahlen zu gewährleisten, muss die Druckmittelpumpe 38 dementsprechend ausgelegt werden. Dies führt dazu, dass Druckmittelpumpen 38 Einsatz finden, die auf die Spitzenanforderungen der Stelleinrichtung 10a, b ausgelegt sind und somit während der meisten Betriebsphasen der Brennkraftmaschine 1 zu groß dimensioniert sind. Alternativ können auch regelbare Druckmittelpumpen 38 Einsatz finden, die bedarfsgerecht Druckmittel zur Verfügung stellen. In beiden Fällen wirkt sich der erhöhte Aufwand negativ auf die Kosten und den Kraftstoffverbrauch der Brennkraftmaschine 1 aus.
Um diese Nachteile zu vermeiden, ist in der erfindungsgemäßen Vorrichtung 10 ein Druckspeicher 43 vorgesehen. Der Druckspeicher 43 umfasst ein als Druckkolben 45 ausgeführtes verlagerbares Element, welches innerhalb eines Druckbehälters 44 gegen die Kraft eines Kraftspeichers verschoben werden kann. In der dargestellten Ausführungsform ist der Kraftspeicher als Federelement 46 ausgeführt. Denkbar sind allerdings auch andere Arten von Kraftspeichern, wie beispielsweise geeignet geformte Elastomerkörper oder gasbefüllte Blasen.
Der Druckkolben 45 weist zwei Druckflächen 47, 48 auf. Gemeinsam mit dem Druckbehälter 44 begrenzt die erste Druckfläche 47 einen Vorratsraum 49, wobei die erste Druckfläche 47 den Vorratsraum 49 in Verlagerungsrichtung des Druckkolbens 45 begrenzt. Der Druckbehälter 44 und der Druckkolben 45 begrenzen einen Steuerraum 50, wobei die zweite Druckfläche 48 den Steuerraum 50 ebenfalls in Verlagerungsrichtung des Druckkolbens 45 begrenzt. Dabei sind der Druckkolben 45 und der Druckbehälter 44 derart ausgebildet, dass innerhalb des Druckspeichers 43 keine Verbindung zwischen den beiden Druckräumen 49 und 50 besteht. Abgesehen von Leckage findet in dieser Ausführungsform kein Druckmittelaustausch zwischen diesen Druckräumen 49, 50 statt. In der dargestellten Ausführungsform sind die Druckflächen 47, 48 in der Verlagerungsrichtung des Druckkolbens 45 zueinander versetzt angeordnet, wobei die erste Druckfläche 47 in der Ebene, die von der Verlagerungsrichtung des Druckkolbens 45 senkrecht durchstoßen wird, von der zweiten Druckfläche 48 umschlossen ist. Die erste Druckfläche 47 ist kreisförmig und die zweite Druckfläche 48 ringförmig ausgebildet. Durch Druckmittelbeaufschlagung der Druckräume 49, 50 wird der Druckkolben 45 gegen die Kraft des Federelements 46 verlagert, wodurch das Volumen der Druckräume 49, 50 ansteigt. Der Weg, den der Druckkolben 45 gegen das Federelement 46 verlagert werden kann, wird durch Anschläge 54 begrenzt, die innerhalb des Druckbehälters 44 ausgebildet sind. Die Anschläge 54 sind derart angeordnet, dass eine Verbindung des Vorratsraums 49 mit dem Steuerraum 50 verhindert wird.
Das Federelement 46 stützt sich einerseits an der den Druckräumen 49, 50 abgewandten Seite des Druckkolbens 45 und andererseits an der den Druckräumen 49, 50 abgewandten Seite des Druckbehälters 44 ab. Dabei ist das Federelement 46 mit Vorspannung in dem Druckspeicher 43 montiert, so dass das Volumen der Druckräume 49, 50 bei niedrigem Systemdruck minimal ist. In dieser Ausgangsstellung liegt der Druckkolben 45 an dessen dem Federelement 46 abgewandten Seite an dem Druckbehälter 44 an.
Der den Druckflächen 47, 48 abgewandte Bereich des Druckbehälters 44 ist als Druckraum (Gegendruckraum 58) ausgebildet. Dabei wirkt die dem Gegendruckraum 58 zugewandte Fläche des Druckkolbens 45 als Gegendruckfläche 59. Durch Druckmittelbeaufschlagung des Gegendruckraums 58 wirkt über die Gegendruckfläche 59 eine Kraft auf den Druckkolben 45, die parallel zu der Kraft des Federelements 46 gerichtet ist. In der dargestellten Ausführungsform ist die Gegendruckfläche 59 eben ausgebildet, wobei diese senkrecht zur Bewegungsrichtung des Druckkolbens 45 orientiert ist. Ebenso denkbar sind angestellte Flächen oder dass die Gegendruckfläche 59 weitere Funktionselemente aufweist, so dass diese von der ebenen Form abweicht. So könnten beispielsweise Halterungen für das Federelement 46 an der Gegendruckfläche 59 ausgebildet sein.
Der Vorratsraum 49 ist mittels einer Vorratsleitung 51 mit der Druckmittelversorgungseinrichtung 37 verbunden. Die Vorratsleitung 51 mündet einerseits stromabwärts des Rückschlagventils 42a in die Druckmittelversorgungseinrichtung 37 und andererseits über einen Anschluss 56 in den Vorratsraum 49. In der Vorratsleitung ist ein Rückschlagventil 42c angeordnet, welches einen Druckmittelfluss von dem Vorratsraum 49 zu der Druckmittelversorgungseinrichtung 37 zulässt und einen entgegengesetzten Druckmittelfluss verhindert. Dadurch wird erreicht, dass in den Stelleinrichtungen 10a, b generierte Druck spitzen nicht bis zu dem Vorratsraum 49 des Druckspeichers 43 vordringen können, sondern sich auf dem Rückschlagventil 42c abstützten. Somit wird die hydraulische Steifigkeit der Vorrichtung 10 erhöht.
Der Steuerraum 50 kann wahlweise mit einem Tank 39 oder mittels einer Steuerleitung 52 mit einer Druckquelle verbunden werden. In der dargestellten Ausführungsform dient als Druckquelle die Druckmittelpumpe 38 der Druckmittelversorgungseinrichtung 37. Ebenfalls denkbar ist aber, dass eine andere Druckquelle, wie beispielsweise die Druckmittelpumpe 38 eines Servoverbrauchers, bspw. der Servolenkung, genutzt wird. In diesem Fall wird das von dem Steuerraum 50 abfließende Druckmittel nicht in den Tank 39 des Schmierölkreislaufes der Brennkraftmaschine 1, sondern zu dem entsprechenden Tank 39 des Servoverbrauchers geleitet.
In der Steuerleitung 52 ist ein weiteres Rückschlagventil 42b vorgesehen, welches ein Rückströmen von Druckmittel von dem Steuerraum 50 zur Druckmittelversorgungseinrichtung 37 verhindert.
Um den Druckmittelfluss zu und von dem Steuerraum 50 und dem Gegendruckraum 58 zu steuern ist ein Steuermittel 60 in Form eines Wegeventils 53 vorgesehen. Das Wegeventil 53 ist als 4/2-Wegeventil ausgebildet und weist einen Druckanschluss P₁, zwei Arbeitsanschlüsse A₁, B₁ und einen Tankanschluss T₁ auf. Der Druckanschluss P₁ ist mit der Druckquelle, in der dargestellten Ausführungsform über die Steuerleitung 52 mit der Druckmittelversorgungseinrichtung 37 verbunden. Der dritte Arbeitsanschluss A₁ ist mit dem Steuerraum 50, der vierte Arbeitsanschluss B₁ mit dem Gegendruckraum 58 und der Tankanschluss T₁ mit dem Tank 39 verbunden. In einer ersten Steuerstellung des Wegeventils 53 ist der dritte Arbeitsanschluss A₁ mit dem Druckanschluss P₁ verbunden, während der vierte Arbeitsanschluss B₁ mit dem Tankanschluss T₁ kommuniziert.
In einer zweiten Steuerstellung des Wegeventils 53 ist der dritte Arbeitsanschluss A₁ mit dem Tankanschluss T₁ verbunden, während der Druckanschluss P₁ mit dem vierten Arbeitsanschluss B₁ kommuniziert.
Die Steuerleitung mündet nach dem Wegeventil 53 über einen zweiten Anschluss 56 in den Steuerraum 50. Des Weiteren ist eine Verbindungsleitung 55 vorgesehen, die die Steuerleitung 52 mit der Vorratsleitung 51 verbindet. Die Verbindungsleitung 55 mündet einerseits zwischen dem Rückschlagventil 42c und dem ersten Anschluss 56 des Vorratsraums 49 in die Vorratsleitung 51 und andererseits zwischen dem Wegeventil 53 und dem zweiten Anschluss 56 des Steuerraums 50 in die Steuerleitung 52. In der Verbindungsleitung 55 ist ein weiteres Rückschlagventil 42d angeordnet, welches einem Druckmittelfluss von der Steuerleitung 52 zur Vorratsleitung 51 zulässt und einen entgegengerichteten Druckmittelfluss verhindert.
Wird während des Betriebs der Brennkraftmaschine 1 von der Motorsteuerung keine Verstellanforderung an die Vorrichtung 10 gerichtet, so befindet sich das Steuerventil 40 in der zweiten (mittleren) Stellung und das Wegeventil 53 in der ersten Stellung. Folglich fließt kein Druckmittel zu oder von der Stelleinrichtung 10a. Ein Druckmittelfluss von der von der Druckmittelversorgungseinrichtung 37 über die Vorratsleitung 51 zu dem Vorratsraum 49 wird durch das Rückschlagventil 42d verhindert. Über die Steuerleitung 52 und das Wegeventil 53 wird der Steuerraum 50 mit Druckmittel beaufschlagt. Gleichzeitig gelangt Druckmittel über die Steuerleitung 52, die Verbindungsleitung 55 und die Vorratsleitung 51 in den Vorratsraum 49. Gleichzeitig wird der Gegendruckraum 58 über das Wegeventil 53 mit dem Tank 39 verbunden. Das in den Vorratsraum 49 bzw. den Steuerraum 50 eingebrachte Druckmittel wirkt auf die erste bzw. zweite Druckfläche 47, 48, wodurch der Druckkolben 45 in Richtung der Anschläge 54 entgegen der Kraft des Federelements 46 verschoben wird, so dass das Volumen sowohl des Steuerraums 50 als auch des Vorratsraums 49 zunimmt. Gleichzeitig wird der Gegendruckraum 58 in den Tank 39 entlüftet.
Wird von dem Motorsteuergerät eine Phasenwinkelverstellung angefordert, so wird das Steuerventil 40 in dessen erste bzw. dritte Stellung überführt. Somit gelangt Druckmittel von der Druckmittelpumpe 38 zu den ersten bzw. zweiten Druckkammern 35, 36, wodurch eine Phasenverstellung durch die Stelleinrichtung 10a, b hervorgerufen wird. Ist der von der Druckmittelpumpe 38 geförderte Volumenstrom zu gering um die Verstellung zu gewährleisten oder soll eine höhere Verstellgeschwindigkeit erreicht werden, so wird das erste Wegeventil 53 in dessen zweite Steuerstellung überführt. In dieser Steuerstellung ist der Steuerraum 50 mit einem Tank 39 verbunden. Das in dem Steuerraum 50 unter Druck stehende Druckmittel wird somit mit atmosphärischem Druck verbunden, wodurch eine rapide Entleerung des Steuerraums 50 erfolgt. Gleichzeitig wird der Vorratsraum 49 in die Druckmittelversorgungseinrichtung 37 entleert. Erfolgt die Druckmittelentleerung des Steuerraums 50 derart schnell, dass sich der Druckkolben 45 ausschließlich über die erste Druckfläche 47 gegenüber dem Vorratsraum 49 abstützt, so wirkt die gesamte Kraft des Federelements 46 lediglich auf den Vorratsraum 49. Somit gilt für den Druck p in dem Vorratsraum 49 zu Beginn des Entleervorgangs:
plus des Drucks der durch die Befüllung der Gegendruckkammer 58 erzeugt wird. Dies gilt, wenn der Druckkolben 45 noch nicht vollständig ausgelenkt wurde, also nicht an den Anschlägen 54 anliegt. Dabei entspricht p_sys dem Systemdruck der Druckmittelversorgungseinrichtung 37, welcher bei Beginn der Entleerung des Druckspeichers 43 vorlag.
Da das Rückschlagventil 42a in der Druckmittelleitung 41 stromaufwärts der Vorratsleitung 51 angeordnet ist, ist sichergestellt, dass der gesamte Druck p und das gesamte Volumen des Vorratsraum 49 der Stelleinrichtung 10a zur Verfügung steht und nicht in Ölgalerie der Brennkraftmaschine 1 abfließt. Somit steht nicht nur, wie in Anwendungen mit konventionellen Druckspeichern, der aktuelle Systemdruck zur Verfügung, sondern ein um den Faktor 1 + A₂/A₁ erhöhter Druck.
Zusätzlich wird Druckmittel von der Steuerleitung 52 in den Gegendruckraum 58 geleitet. Dieses beaufschlagt die Gegendruckfläche 59 des Druckkolbens 45 mit einer Kraft, die in die gleiche Richtung wirkt, wie die des Federelements 46. Dadurch wird der Druck in dem Vorratsraum 49 zusätzlich erhöht.
Die Druckmittelversorgungseinrichtung 37 kann somit durch Einstellen der zwei ten Steuerstellung an dem ersten Wegeventil 53 eine Druckunterstützung erfahren, die über der konventioneller Druckspeicher liegt. Somit kann die Verstellgeschwindigkeit des Stelleinrichtung 10a bei gleicher Dimensionierung signifikant erhöht bzw. die Stelleinrichtung 10a bei gleicher Verstellgeschwindigkeit kleiner ausgeführt werden, ohne die Nachteile einer überdimensionierten oder einer geregelten Druckmittelpumpe 38 in Kauf nehmen zu müssen.
Ebenso denkbar sind Ausführungsformen, in denen auf die Verbindungsleitung 55 und die Anordnung eines Rückschlagventils 42c in der Vorratsleitung 53 verzichtet wird. In Betriebsphasen der Brennkraftmaschine 1, in denn die Phasenlage konstant gehalten wird, füllt sich der Druckspeicher 43 über die Vorratsraum 51 und die Steuerleitung 52. Sinkt der Systemdruck, so fließt kein Druckmittel aus dem Steuerraum 50 ab. Dies hat zur Folge, dass das Volumen des Steuerraums 50 und des Vorratsraums 49 trotz des Druckabfalls in der Druckmittelversorgungseinrichtung 37 konstant bleibt. Dabei gilt für den Weg x, den der Druckkolben 45 aus seiner Ausgangsstellung ausgelenkt wurde:
wobei A₁ dem Flächeninhalt der ersten Druckfläche 47, A₂ dem Flächeninhalt der zweiten Druckfläche 48, p_max dem während der Befüllphase maximal auftretenden Systemdruck und D der Federkonstante des Federelements 46 entspricht. Dabei ist der maximale Verschiebeweg durch die Anschläge 54 begrenzt.
Wird das Wegeventil 53 in die zweite Schaltstellung überführt so gilt für den von dem Druckspeicher 43 bereitgestellten Druck p bei noch nicht vollständig ausgelenktem Druckkolben 45:
plus des Drucks der durch die Befüllung der Gegendruckkammer 58 erzeugt wird.
Um die Druckerhöhung zu realisieren muss für das Verhältnis des Druckmittelstroms aus dem Steuerraum 50 zu dem Druckmittelstrom aus dem Vorratsraum 49 Q_D/Q_V
gelten. Um dies zu erreichen ist vorgesehen, dass für den minimalen Durchflussquerschnitt zwischen dem Steuerraum 50 und dem Tank 39 A_D
gilt, wobei A_V dem minimalen Durchflussquerschnitt zwischen dem Vorratsraum 49 und der Stelleinrichtung 10a bzw. der Stelleinrichtung 10a und dem Tank 39 entspricht.
Ebenfalls denkbar ist, dass neben der ersten Stelleinrichtung 10a auch eine oder mehrere weitere Stelleinrichtung 10b, 10c durch die Druckmittelversorgungseinrichtung 37 über weitere Druckmittelleitungen 41 und weitere Steuerventile 40 gesteuert werden können. Dabei kann die weitere Stelleinrichtung 10b ebenfalls von dem Druckspeicher 43 profitieren. Zu diesem Zweck liegt der Abzweig, der zu dieser Stelleinrichtung 10b führt, in Strömungsrichtung hinter dem Rückschlagventil 42a.
Soll der Druckspeicher 43 lediglich die erste Stelleinrichtung 10a unterstützten, so ist der Abzweig zur weiteren Stelleinrichtung 10c in Strömungsrichtung vor dem Rückschlagventil 42a anzuordnen.
Ebenso denkbar ist es, das Rückschlagventil 42a stromabwärts der Abzweigung zur Vorratsleitung 51 anzuordnen. In diesem Fall erfolgt die Abstützung der Druckspitzen zwischen der Stelleinrichtung 10a, b und dem Abzweig zur Vorratsleitung 51. Die Druckspitzen können somit den Druckspeicher 43 nicht erreichen, wodurch eine steifere Momentübertragung durch die Stelleinrichtung 10a, b erreicht wird.
Ebenfalls denkbar ist der Einsatz jeweils eines Rückschlagventils 42a in der Druckmittelleitung 41 stromaufwärts und stromabwärts der Abzweigung zur Vorratsleitung 51. Hierbei wird sowohl eine steife Momentübertragung durch die Stelleinrichtung 10a, b erreicht als auch verhindert, dass der Druck, bzw. das Druckmittevolumen des Vorratsraums 49 in die Ölgalerie der Brennkraftmaschine 1 abfließt.
In einer leichten Abwandlung der Ausführungsform könnten auch das Rückschlagventil 42b und/oder die gesamte Druckmittelleitung 41, in der das Rückschlagventil 42a angeordnet ist, zwischen den Mündungspunkten des Druckspeichers 43 entfallen.
4 zeigt eine weitere erfindungsgemäße Ausführungsform einer Vorrichtung 10. Der Druckkolben 45 des Druckspeichers 43 trennt in dieser Ausführungsform den Druckbehälter 44 in einen Vorratsraum 49 und den Gegendruckraum 58, wobei kein Steuerraum 50 vorgesehen ist. Der Vorratsraum 49 wird in Verlagerungsrichtung des Druckkolbens 45 von der ersten Druckfläche 47 und der Gegendruckraum 58 von der Gegendruckfläche 59 begrenzt.
Der Vorratsraum 49 kann über die Vorratsleitung 51 mit Druckmittel aus der Druckmittelversorgungseinrichtung 37 beaufschlagt werden. Über die Steuerleitung 52 ist der Gegendruckraum 58 mit einer Druckquelle verbindbar. In der dargestellten Ausführungsform mündet die Steuerleitung in die Druckmittelversorgungseinrichtung 37. Die Steuerleitung 52 ist somit mit der Druckmittelpumpe 38 der Brennkraftmaschine 1 verbunden. Alternativ können auch andere Druckquellen, wie die Druckmittelpumpe eines Servoverbrauchers genutzt werden.
In der Steuerleitung 51 ist ein als 3/2-Schaltventil ausgebildetes Wegeventil 53 vorgesehen. Das Wegeventil 53 weist einen Druckanschluss P₁, einen Arbeitsanschluss B₁ und einen Tankanschluss T₁ auf. Der Druckanschluss P₁ ist mit der Druckmittelpumpe 38, der Arbeitsanschluss B₁ mit der Gegendruckkammer 58 und der Tankanschluss T₁ mit dem Tank 39 verbunden.
In der ersten Steuerstellung des Wegeventils 53 ist der Arbeitsanschluss B₁ mit dem Tankanschluss T₁ verbunden, während der Druckanschluss P₁ mit keinem der anderen Anschlüsse B₁, T₁ kommuniziert. Befindet sich das Wegeventil 53 in dieser Steuerstellung, so ist der Gegendruckraum 58 mit dem Tank 39 verbunden.
In der zweiten Steuerstellung des Wegeventils 53 ist der Arbeitsanschluss B₁ mit dem Druckanschluss P₁ verbunden, während der Tankanschluss T₁ mit keinem der anderen Anschlüsse B₁, P₁ kommuniziert. Befindet sich das Wegeventil 53 in dieser Steuerstellung, so wird der Gegendruckraum 58 von der Druckmittelpumpe 38 mit Druckmittel beaufschlagt.
Während der Befüllphasen des Druckspeichers 43 befindet sich das Wegeventil 53 in der ersten Steuerstellung. Druckmittel wird dem Vorratsraum 49 zugeführt. Als Folge wird der Druckkolben 45 gegen die Kraft des Federelements 46 verschoben. Das Volumen des Vorratsraums 49 vergrößert sich auf Kosten des Volumens des Gegendruckraums 58.
In den Druckunterstützungsphasen befindet sich das Wegeventil in der zweiten Steuerstellung. In dieser Stellung wird dem Gegendruckraum 58 Druckmittel zugeführt, welches auf die Gegendruckfläche 59 wirkt. Die daraus resultierende Druckkraft erhöht die von dem Federelement 46 auf den Druckkolben 45 ausgeübte Kraft. Somit wird der von dem Druckspeicher 43 aus dem Vorratsraum 49 bereitgestellte Unterstützungsdruck erhöht.
Denkbar sind auch Ausführungsformen, in denen der Flächeninhalt der Gegendruckfläche 59 den Flächeninhalt der ersten Druckfläche 47 übersteigt. Dadurch wird eine Druckübersetzung erreicht, die sich positiv auf den bereitstellbaren Druckwert auswirkt.
In 5 ist eine weitere Ausführungsform einer erfindungsgemäßen Vorrichtung dargestellt. Diese entspricht im Wesentlichen der in 4 dargestellten Ausführungsform. Im Unterschied zur Ausführungsform aus 4 ist jeweils ein Rückschlagventil 42b, c in der Vorratsleitung 51 und der Steuerleitung 52 angeordnet. Des Weiteren ist das Wegeventil als 4/2-Wegeventil ausgebildet, wobei der zusätzliche Arbeitsanschluss A₁ mit dem Vorratsraum 49 verbunden ist. In der ersten Steuerstellung des Wegeventils 53 ist der zusätzliche Arbeitsanschluss A₁ mit dem Druckanschluss P₁ verbunden. In der zweiten Steuerstellung des Wegeventils 53 kommuniziert der Arbeitsanschluss A₁ mit keinem der anderen Anschlüsse B₁, P₁, T₁.
Druckmittel kann in dieser Ausführungsform von der Druckmittelpumpe 38 über die Steuerleitung 52 und das Wegeventil 53 in den Vorratsraum 49 gelangen, solange das sich das Wegeventil in der ersten Steuerstellung befindet. Gleichzeitig wird der Gegendruckraum 58 zum Tank 39 entlüftet.
Befindet sich das Wegeventil 53 in der zweiten Steuerstellung ist der Arbeitsanschluss A₁ verschlossen und der Gegendruckraum 58 wird von der Druckmittelpumpe 38 mit Druckmittel beaufschlagt. Gleichzeitig entleert sich der Vorratsraum 49 in die Druckmittelversorgungseinrichtung 37.
Das Rückschlagventil 42c schirmt den Druckspeicher 43 gegen Druckspitzen ab, welche in den Stelleinrichtungen 10a, b entstehen.
In sämtlichen dargestellten Ausführungsformen mündet der Druckspeicher 43 in die Druckmittelleitung 41, die die Druckmittelpumpe 38 mit dem bzw. den Steuerventilen 40 verbindet. Ebenso denkbar sind Ausführungsformen, in denen der oder die Druckspeicher 43 in die Druckmittelleitungen 41 mündet, die das bzw. die Steuerventile 40 mit den Stelleinrichtungen 10a, b verbindet.
Neben dem Einsatz des Druckspeicher 43 in Anwendungen zur variablen Einstellungen der Steuerzeiten einer Brennkraftmaschine 1 kann der Druckspeicher 43 auch in anderen Fahrzeuganwendungen Einsatz finden, beispielsweise bei schaltbaren Nockenfolgern oder in Anwendungen in automatisierten Getrieben.

1: Brennkraftmaschine
2: Kurbelwelle
3: Kolben
4: Zylinder
5: Zugmitteltrieb
6: Einlassnockenwelle
7: Auslassnockenwelle
8: Nocken
9a: Einlassgaswechselventil
9b: Auslassgaswechselventil
10: Vorrichtung
10a: erste Stelleinrichtung
10b: weitere Stelleinrichtung
21: Kettenrad
22: Außenrotor
22a: Gehäuse
23: Innenrotor
24: Seitendeckel
25: Seitendeckel
26: Nabenelement
27: Flügel
27a: Flügelfedern
28: Flügelnuten
29: Umfangswand
30: Vorsprung
32: Befestigungselement
33: Hohlraum
34: Begrenzungswand
34a: Frühanschlag
34b: Spätanschlag
35: erste Druckkammer
36: zweite Druckkammer
37: Druckmittelversorgungseinrichtung
38: Druckmittelpumpe
39: Tank
40: Steuerventil
41: Druckmittelleitung
42a: Rückschlagventil
42b: Rückschlagventil
42c: Rückschlagventil
42d: Rückschlagventil
43: Druckspeicher
44: Druckbehälter
45: Druckkolben
46: Federelement
47: erste Druckfläche
48: zweite Druckfläche
49: Vorratsraum
50: Steuerraum
51: Vorratsleitung
52: Steuerleitung
53: Wegeventil
54: Anschlag
55: Verbindungsleitung
56: Anschluss
58: Gegendruckraum
59: Gegendruckfläche
60: Steuermittel
A: erster Arbeitsanschluss
B: zweiter Arbeitsanschluss
P: Zulaufanschluss
T: Ablaufanschluss
A₁: dritter Arbeitsanschluss
B₁: vierter Arbeitsanschluss
P₁: Druckanschluss
T₁: Tankanschluss

ZITATE ENTHALTEN IN DER BESCHREIBUNG
Diese Liste der vom Anmelder aufgeführten Dokumente wurde automatisiert erzeugt und ist ausschließlich zur besseren Information des Lesers aufgenommen. Die Liste ist nicht Bestandteil der deutschen Patent- bzw. Gebrauchsmusteranmeldung. Das DPMA übernimmt keinerlei Haftung für etwaige Fehler oder Auslassungen.
Zitierte Patentliteratur

- EP 1025343 B1 [0003]
- US 5775279 A [0006]

Claims

Vorrichtung (10) zur variablen Einstellung der Steuerzeiten von Gaswechselventilen (9a, b) einer Brennkraftmaschine (1) mit • einem Antriebselement (22), einem Abtriebselement (23), zumindest einer Druckkammer (35, 36), einer Druckmittelversorgungseinrichtung (37) und zumindest einem Druckspeicher (43), • wobei mittels der Druckmittelversorgungseinrichtung (37) der mindestens einen Druckkammer (35, 36) Druckmittel zugeführt oder von dieser abgeführt werden kann, • wobei durch Druckmittelzufuhr zu bzw. Druckmittelabfluss von der Druckkammer (35 36) eine Phasenlage des Abtriebselements (23) relativ zum Antriebselement (22) veränderbar ist, • wobei der Druckspeicher (43) ein verlagerbares Element (45) aufweist, das mit einer ersten Druckfläche (47) versehen ist, die einen Vorratsraum (49) teilweise begrenzt, • wobei der Vorratsraum (49) mit der Druckmittelversorgungseinrichtung (37) verbunden ist oder verbunden werden kann, • wobei ein Kraftspeicher das verlagerbare Element (45) in Richtung einer Ausgangsstellung mit einer Kraft beaufschlagt und • wobei durch Druckbeaufschlagung des Vorratsraums (49) das verlagerbare Element (45) gegen die Kraft des Kraftspeichers (46) verschoben werden kann, dadurch gekennzeichnet, dass das verlagerbare Element (45) eine Gegendruckfläche (59) aufweist, die einen Gegendruckraum (58) zumindest teilweise begrenzt, wobei durch Druckmittelbeaufschlagung des Gegendruckraums (58) das verlagerbare Element (45) Richtung der Ausgangsstellung verlagert werden kann.
Vorrichtung (10) nach Anspruch 1, dadurch gekennzeichnet, dass das verlagerbare Element (45) mindestens eine zweite Druckfläche (48) aufweist, die einen Steuerraum (50) teilweise begrenzt, wobei durch Druckbeaufschlagung des Steuerraums (50) das verlagerbare Element (45) gegen die Kraft des Kraftspeichers (46) verschoben werden kann und wobei innerhalb des Druckspeichers (43) ein Druckmittelfluss von dem Vorratsraum (49) in den Steuerraum (50) unterbunden ist.
Vorrichtung (10) nach Anspruch 2, dadurch gekennzeichnet, dass eine Druckmittelbeaufschlagung des Vorratsraums (49) das verlagerbare Element (45) in die gleiche Richtung verlagert, wie eine Druckmittelbeaufschlagung des Steuerraums (50).
Vorrichtung (10) nach Anspruch 1, dadurch gekennzeichnet, dass der Gegendruckraum (58) wahlweise mit einer Druckquelle (38) oder einem Tank (39) verbunden werden kann.
Vorrichtung (10) nach einem der Ansprüche 1 oder 2, dadurch gekennzeichnet, dass Steuermittel (60) vorgesehen sind, wobei der Gegendruckraum (58) mittels der Steuermittel (60) wahlweise mit einem Tank (39) oder einer Druckquelle (38) verbunden werden kann.
Vorrichtung (10) nach Anspruch 1, dadurch gekennzeichnet, dass der Gegendruckraum mit der Druckmittelpumpe (38) der Brennkraftmaschine (1) verbunden werden kann.
Vorrichtung (10) nach Anspruch 1, dadurch gekennzeichnet, dass der Gegendruckraum mit dem Tank (39) der Brennkraftmaschine (1) verbunden werden kann.
Vorrichtung (10) nach Anspruch 5, dadurch gekennzeichnet, dass als Steuermittel (60) ein Wegeventil (56) vorgesehen ist, das je einen Anschluss (G, B, T) aufweist, der mit der Druckquelle (38), dem Tank (39), und dem Gegendruckraum (58) verbunden ist.
Vorrichtung (10) nach Anspruch 8, dadurch gekennzeichnet, dass das Wegeventil (56) einen weiteren Anschluss (A) aufweist, der mit dem Vorratsraum (49) oder dem Steuerraum (50) verbunden ist.
Vorrichtung (10) nach Anspruch 2, dadurch gekennzeichnet, dass der Vorratsraum (49) und der Steuerraum (50) innerhalb des Druckspeichers (43) nicht miteinander kommunizieren.