DE19604865A1

DE19604865A1 - Mittels separater Ölfördereinrichtung beaufschlagbarer Stellzylinder eines Nockenwellenverstellers

Info

Publication number: DE19604865A1
Application number: DE19604865A
Authority: DE
Inventors: Martin Dr Ing Scheidt; Andreas Dipl Ing Straus
Original assignee: INA Waelzlager Schaeffler OHG
Current assignee: Schaeffler Technologies AG and Co KG
Priority date: 1996-02-10
Filing date: 1996-02-10
Publication date: 1997-08-14
Anticipated expiration: 2016-02-11
Also published as: DE19604865B4; WO1997029272A1; USRE37268E1

Description

Gebiet der Erfindung

Die vorliegende Erfindung betrifft eine an einer Hubkolbenbrennkraftmaschine vorgesehene Einrichtung zur Änderung von Drehlagen mindestens einer Nocken welle gegenüber einer Kurbelwelle, wobei diese Einrichtung mit einem hydraulischen Zylinder versehen ist, zu dessen Beaufschlagung mit Hydraulik flüssigkeit eine von der Hubkolbenbrennkraftmaschine angetriebene Förder einrichtung vorgesehen ist.

Hintergrund der Erfindung

Eine derartige Einrichtung ist beispielsweise aus der WO-A 93 07 362 bekannt. Lineare Stellbewegungen des hydraulischen Zylinders werden mittels eines Stellgliedes in eine Relativdrehung der Nockenwelle gegenüber der Kurbelwelle umgewandelt. Ein derartiges Stellglied kann zwischen einem Ritzel und der Nockenwelle angeordnet sein, wobei das Ritzel über ein Zugmittel von der Kurbelwelle angetrieben wird. Das zu dem Ritzel und der Nockenwelle konzen trisch angeordnete Stellglied kann einerseits mit einer Schrägverzahnung und andererseits mit einer Geradverzahnung versehen sein, wobei diese Verzahnun gen mit entsprechend ausgebildeten, der Nockenwelle und dem Ritzel zugeord neten Verzahnungen zusammenarbeiten. Bei Betätigung des hydraulischen Zylinders findet eine axiale Verlagerung des Stellgliedes gegenüber dem Ritzel und der Nockenwelle statt, wobei infolge der Schrägverzahnung eine Relativ drehung der Nockenwelle gegenüber dem Ritzel und somit der Kurbelwelle stattfindet. Eine Ölpumpe wird gemäß dem gattungsbildenden Stand der Tech nik von der Nockenwelle des Verbrennungsmotors angetrieben. Bei diesen bekannten Einrichtungen dient das Motoröl als Hydraulikflüssigkeit zur Beauf schlagung des hydraulischen Zylinders. Bei Motorstillstand fällt der Druck in dem hydraulischen Zylinder zusammen, wobei infolge von Leckage das Motoröl aus dem hydraulischen Zylinder austritt. Während des Startvorgangs des Motors kann die Ölpumpe noch keinen Druck aufbauen. Erfolgt der Start nach einem längeren Motorstillstand, ist in dem Zylinder gespeichertes Motoröl infolge von Leckage in der Regel so weit ausgetreten, daß im Zylinder kompressible Gaspol ster entstehen. Demzufolge ist auch bei gesperrten Druckräumen des Zylinders eine Linearbewegung des darin geführten Kolbens möglich. Die von der Nocken welle auf das Stellglied übertragenen Wechseldrehmomente üben infolge der beschriebenen Schrägverzahnung axiale Kräfte auf das Stellglied auf. Diese axialen Kräfte führen infolge der kompressiblen Gaspolster zu ungewollten oszillierenden Bewegungen des Stellgliedes. Aufgabe der vorliegenden Erfin dung ist es daher, diese ungewollten Bewegungen des Stellgliedes zuverlässig zu unterbinden.

Zusammenfassung der Erfindung

Erfindungsgemäß wird diese Aufgabe dadurch gelöst, daß die Fördereinrichtung unmittelbar vor und/oder während des Anlaßvorgangs der Hubkolbenbrenn kraftmaschine in dem hydraulischen Zylinder vorhandene Gaspolster verdrängt und durch Hydraulikflüssigkeit, insbesondere Motoröl ersetzt. Diese Förder einrichtung wird also vor dem Start des Motors beispielsweise bei Betätigung der Zündung oder beim Vorglühen des Motors aktiviert. Diese erfindungsgemä ße Fördereinrichtung kann alternativ dann betätigt werden, während der An lasser des Motors dreht. Selbstverständlich ist es auch möglich, eine Schaltung vorzusehen, bei der die Fördereinrichtung arbeitet, wenn die Zündung einge schaltet ist und der Anlasser dreht. Eine derartige Fördereinrichtung kann beispielsweise durch eine - zusätzlich zu der bekannten, von der Hubkolben brennkraftmaschine angetriebenen ersten Ölpumpe - zweite, von einem Elek tromotor angetriebene Ölpumpe gebildet sein. Dieser Elektromotor wird zweck mäßigerweise von der im Kraftfahrzeug vorhandenen Batterie angetrieben. Diese zweite Ölpumpe kann direkt in einem Pumpensumpf der Ölwanne angeordnet sein, aber auch im Zylinderkopf. Je nach Lage der zweiten Ölpumpe kann ein von der Ölwanne separiertes Ölreservoir vorgesehen sein, aus dem die zweite Ölpumpe ansaugt. Insbesondere bei niedrigen Temperaturen mag es zweckmä ßig sein, daß von einem Vorwärmer vorgewärmtes Motoröl mittels der zweiten Ölpumpe in dem hydraulischen Zylinder gelangt. Dieser Vorwärmer kann beispielsweise in dem separierten Ölreservoir angeordnet sein. Dieser Vor wärmer kann ebenso wie die zweite Ölpumpe batteriebetrieben sein. Anstelle oder gemeinsam mit dem Vorwärmer kann auch ein Wärmespeicher eingesetzt werden. Da insbesondere im Automobilbau in zunehmendem Maße kompakte, als Baueinheiten ausgeführte Teilsysteme erwünscht werden, ist es besonders zweckmäßig, das separierte Ölreservoir, die zweite Ölpumpe, den Elektromotor und den Vorwärmer als Baueinheit auszubilden. Diese Baueinheit kann in einfacher Weise an den Motor angeflanscht werden.

Es ist auch denkbar, daß die Fördereinrichtung durch eine sowohl von der Hubkolbenbrennkraftmaschine als auch von einem Elektromotor antreibbare Ölpumpe gebildet ist, wobei eine Kupplungseinrichtung zum wahlweise Kup peln der Ölpumpe mit dem Elektromotor oder mit der Hubkolbenbrennkraftma schine vorgesehen ist. Beispielsweise bieten sich zwei handelsübliche Freilauf kupplungen an, wobei die eine zwischen die Ölpumpe und die Kurbelwelle und wobei die andere zwischen die Ölpumpe und dem Elektromotor geschaltet ist.

Um sicherzustellen, daß das separierte Ölreservoir ständig mit Motoröl gefüllt ist, wird eine in das separierte Ölreservoir einmündende Rücklaufleitung vor geschlagen. Überschüssiges Motoröl wird auf diese Weise in die Ölwanne und in das Ölreservoir zurückgeleitet, so daß beim nächsten Einschalten der Zün dung wieder Motoröl aus dem gefüllten Ölreservoir in den hydraulischen Zylinder gefördert wird.

Diese Fördereinrichtung kann aber auch durch einen Hydrospeicher gebildet sein. Die in diesem Gerät gespeicherte Flüssigkeit steht unter dem Druck einer Feder, eines Gases oder eines Gewichts. Die gespeicherte Energie als unter Druck stehender Flüssigkeitsstrom wieder abgegeben. Hier bietet sich an, beispielsweise ein entriegelbares Rückschlagventil zwischen den Hydrospeicher und den hydraulischen Zylinder derart anzuordnen, daß in Zündstellung bei entriegeltem Rückschlagventil das Motoröl aus dem Hydrospeicher in den Zylinder gelangt.

Es ist zweckmäßig, ein entriegelbares Rückschlagventil zwischen den Hydro speicher und den hydraulischen Zylinder zu schalten, wobei das z. B. über einen Elektromagneten entriegelbare Rückschlagventil in Richtung auf den hydraulischen Zylinder schließt. Der Elektromagnet kann beispielsweise gemein sam mit der Zündung betätigt werden. Vor dem Motorstart wird bei geöffnetem Rückschlagventil Motoröl in den hydraulischen Zylinder gepumpt, wobei vorhandene Gaspolster verdrängt werden.

Nachstehend wird die Erfindung anhand von vier in insgesamt fünf Figuren dargestellten Ausführungsbeispielen näher beschrieben. Es zeigen:

Fig. 1 schematische Darstellung einer ersten erfindungsgemäßen Ein richtung;

Fig. 2 schematische Darstellung einer weiteren erfindungsgemäßen Einrichtung;

Fig. 3 schematische Darstellung einer weiteren erfindungsgemäßen Einrichtung;

Fig. 4 schematische Darstellung eines Pumpenantriebs der erfindungsgemäßen Einrichtung aus Fig. 3, und

Fig. 5 schematische Darstellung einer weiteren erfindungsgemäßen Einrichtung.

Fig. 1 zeigt in schematischer Darstellung eine erfindungsgemäße Einrichtung. Eine erste von einer Hubkolbenbrennkraftmaschine angetriebene Ölpumpe 1 fördert Motoröl aus einer Ölwanne 2 über eine Steuereinheit 3 in einen hydrau lischen Zylinder 4, der lediglich angedeutet ist. Dieser hydraulische Zylinder 4 kann einseitig oder aber auch doppelt wirkend sein; Der hydraulische Zylinder 4 ist Teil einer nicht näher dargestellten Einrichtung zur Änderung von Drehla gen mindestens einer Nockenwelle 5 gegenüber einer Kurbelwelle 6. Der schematischen Darstellung ist zu entnehmen, daß sowohl die Nockenwelle 5 als auch die Kurbelwelle 6 von der ersten Ölpumpe 1 zwecks Schmierung mit Motoröl versorgt werden. Die Steuereinheit 3 regelt in Abhängigkeit von ver schiedenen aktuellen Parametern wie beispielsweise Nockenwellendrehzahl die Beaufschlagung des hydraulischen Zylinders 4 und damit die Veränderung der Drehlage der Nockenwelle 5 gegenüber der Kurbelwelle 6. Weiterhin ist eine zweite Ölpumpe 7 vorgesehen, die von einem Elektromotor 8 angetrieben wird. Diese zweite Ölpumpe 7 fördert Motoröl aus einem Ölreservoir 9 über die Steuereinheit 3 in den hydraulischen Zylinder 4. Das Ölreservoir 9 ist mit einem elektrisch betriebenen Vorwärmer 10 versehen. Zwischen die beiden Ölpumpen 7, 1 ist ein in Richtung auf die erste Ölpumpe 1 schließendes Rückschlagventil 11 vorgesehen. Beispielsweise bei Betätigung der Zündung wird der Elektromotor 8 in Gang gesetzt, wobei Öl aus dem Ölreservoir 9 über die Steuereinheit 3 in den hydraulischen Zylinder 4 gefördert wird. Die Steuer einheit 3 schaltet dabei die Verbindung zwischen der zweiten Ölpumpe 7 und dem hydraulischen Zylinder 4 frei. Das geförderte Motoröl kann nicht über die erste Ölpumpe 1 zurück in die Ölwanne 2 zurückgeleitet werden, da das vorgesehene Rückschlagventil 11 diesen Rücklauf sperrt. Während dieses Vorgangs stehen Kurbelwelle 6 und demzufolge auch die Nockenwelle 5 still.

In dem hydraulischen Zylinder 4 eventuell vorhandene Gaspolster werden verdrängt und durch das einströmende Motoröl ersetzt. Nach Abschluß dieses Vorgangs kann die Hubkolbenbrennkraftmaschine gestartet werden. Nun ist sichergestellt, daß oszillierende Stellbewegungen des hydraulischen Zylinders 4 infolge von Gaspolstern ausgeschlossen sind. Um sicherzustellen, daß das Ölreservoir 9 ständig gefüllt ist, wird aus dem hydraulischen Zylinder 4 aus tretendes Motoröl über eine Rücklaufleitung 12 in das Ölreservoir 9 eingeleitet. Zum Befüllen des Ölreservoirs 9 kann aber auch Rücklauföl aus dem Zylin derkopf verwendet werden. In der Darstellung sind die Ölpumpe 7, der Elek tromotor 8, das Ölreservoir 9 und der Vorwärmer 10 innerhalb eines mit gestrichelten Linien gezogenen Vierecks angeordnet, das eine Baueinheit 13 aus den aufgezählten Teilen symbolhaft darstellen soll.

Die weitere in der Fig. 2 schematisch dargestellte erfindungsgemäße Einrich tung unterscheidet sich von der aus der Fig. 1 im wesentlichen dadurch, daß das Ölreservoir 9, der Vorwärmer 10 und die Rücklaufleitung 12 entfallen sind. Gemäß dieser Darstellung saugt die zweite Ölpumpe 7 das Motoröl direkt aus der Ölwanne 2.

Die in der Fig. 3 schematisch dargestellte erfindungsgemäße Einrichtung unterscheidet sich von der aus der Fig. 2 im wesentlichen dadurch, daß die erste Ölpumpe 1 ersatzlos entfallen ist, wobei die zweite Ölpumpe 7 an deren Stelle tritt. Damit sichergestellt ist, daß nach erfolgtem Motorstart die zweite Ölpumpe 7 nicht ständig über den Elektromotor 8 angetrieben werden muß, ist es gemäß Fig. 4 zweckmäßig, eine Kupplungseinrichtung vorzusehen, die beispielsweise durch zwei Freilaufkupplungen 14, 15 gebildet ist. Die eine Freilaufkupplung 14 ist zwischen dem Elektromotor 8 und der zweiten Ölpum pe 7 und die andere Freilaufkupplung 15 ist zwischen der zweiten Ölpumpe 7 und der Kurbelwelle 6 angeordnet. Bei abgeschaltetem Elektromotor 8 und rotierender Kurbelwelle 6 ist die Freilaufkupplung 15 eingekuppelt und die Freilaufkupplung 14 ausgekuppelt, also in Überholbetrieb. Anders herum wenn die Kurbelwelle 6 stillsteht und der Elektromotor 8 dreht, ist die Freilaufkupp lung 14 eingekuppelt und die Freilaufkupplung 15 ausgekuppelt, also im Über holbetrieb. Auf diese Weise ist sichergestellt, daß sich die beiden Antriebs möglichkeiten nicht gegenseitig behindern.

Die in der Fig. 5 schematisch dargestellte weitere erfindungsgemäße Einrich tung unterscheidet sich von denen aus den Fig. 1 und 2 dadurch, daß anstelle der zweiten Ölpumpe 7 und des Elektromotors 8 ein federbelasteter Hydrospeicher 16 vorgesehen ist. Zwischen dem Hydrospeicher 16 und der Steuereinheit 3 bzw. den hydraulischen Zylinder 4 ist ein entriegelbares Rück schlagventil 17 vorgesehen, das beispielsweise bei eingeschalteter Zündung freischaltet. Bei freigeschalteten Rückschlagventil 17 und stillstehender Kurbel welle 6 drückt der Hydrospeicher 16 Motoröl über die Steuereinheit 3 in den hydraulischen Zylinder 4. Unter Umständen ist es zweckmäßig, das entriegel bare Rückschlagventil 17 auch dann freigeschaltet zu halten, wenn bereits der Verbrennungsmotor und damit die erste Ölpumpe 1 arbeitet. In diesem Fall ist es möglich, den Hydrospeicher 16 erneut mit Motoröl zu befüllen, wobei nach abgeschlossenem Füllvorgang das entriegelbare Rückschlagventil 17 verriegelt wird.

Bezugszeichenliste

1 erste Ölpumpe
2 Ölwanne
3 Steuereinheit
4 hydraulischer Zylinder
5 Nockenwelle
6 Kurbelwelle
7 zweite Ölpumpe
8 Elektromotor
9 Ölreservoir
10 Vorwärmer
11 Rückschlagventil
12 Rücklaufleitung
13 Baueinheit
14 Freilaufkupplung
15 Freilaufkupplung
16 Hydrospeicher
17 entriegelbares Rückschlagventil

Claims

1. An einer Hubkolbenbrennkraftmaschine vorgesehene Einrichtung zur Ände rung von Drehlagen mindestens einer Nockenwelle (5) gegenüber einer Kurbel welle (6), mit einem hydraulischen Zylinder (4), zu dessen Beaufschlagung mit Hydraulikflüssigkeit eine Fördereinrichtung (1, 7, 16) vorgesehen ist, dadurch gekennzeichnet, daß die Fördereinrichtung (7, 16) unmittelbar vor und/oder während des Anlaßvorganges der Hubkolbenbrennkraftmaschine in dem hydrau lischen Zylinder (4) vorhandene Gaspolster verdrängt und durch Hydraulik flüssigkeit, insbesondere Motoröl ersetzt.

2. Einrichtung nach Anspruch 1, bei der eine von der Hubkolbenbrennkraftma schine angetriebene erste Ölpumpe (1) vorgesehen ist, dadurch gekennzeichnet, daß eine von einem Elektromotor (8) angetriebene zweite Ölpumpe (7) zur Beaufschlagung des hydraulischen Zylinders (4) vorgesehen ist.

3. Einrichtung nach Anspruch 2, dadurch gekennzeichnet, daß ein von der Ölwanne (2) der Hubkolbenbrennkraftmaschine separiertes Ölreservoir (9) vorgesehen ist, aus dem die zweite Ölpumpe (7) ansaugt.

4. Einrichtung nach Anspruch 2, dadurch gekennzeichnet, daß von einem Vorwärmer (10) vorgewärmtes Motoröl mittels der zweiten Ölpumpe (7) in den hydraulischen Zylinder (4) gelangt.

5. Einrichtung nach Anspruch 4, dadurch gekennzeichnet, daß der Vorwärmer (10) in dem separierten Ölreservoir (9) angeordnet ist.

6. Einrichtung nach Anspruch 2, dadurch gekennzeichnet, daß das separierte Ölreservoir (9), die zweite Ölpumpe (7), der Elektromotor (8) und der Vor wärmer (10) als Baueinheit (13) ausgebildet sind.

7. Einrichtung nach Anspruch 1, dadurch gekennzeichnet, daß die Förder einrichtung durch eine sowohl von der Hubkolbenbrennkraftmaschine als auch von einem Elektromotor (8) antreibbare Ölpumpe (7) gebildet ist, wobei eine Kupplungseinrichtung (14, 15) zum wahlweise Kuppeln der Ölpumpe (7) mit dem Elektromotor (8) oder mit der Hubkolbenbrennkraftmaschine vorgesehen ist.

8. Einrichtung nach Anspruch 3, dadurch gekennzeichnet, daß eine in das separierte Ölreservoir (9) ein mündende Ölrücklaufleitung (12) vorgesehen ist.

9. Einrichtung nach Anspruch 1, dadurch gekennzeichnet, daß die Förder einrichtung durch einen Hydrospeicher (16) gebildet ist.

10. Einrichtung nach Anspruch 9, dadurch gekennzeichnet, daß zwischen den Hydrospeicher (16) und den hydraulischen Zylinder (4) ein in Richtung auf den hydraulischen Zylinder (4) entriegelbares Rückschlagventil (17) vorgesehen ist.