DE19604865B4

DE19604865B4 - Mittels separater Ölfördereinrichtung beaufschlagbarer Stellzylinder eines Nockenwellenverstellers

Info

Publication number: DE19604865B4
Application number: DE19604865A
Authority: DE
Inventors: Martin Dr.-Ing. Scheidt; Andreas Dipl.-Ing. Strauß
Original assignee: Schaeffler KG
Current assignee: Schaeffler Technologies AG and Co KG
Priority date: 1996-02-10
Filing date: 1996-02-10
Publication date: 2009-05-07
Anticipated expiration: 2016-02-11
Also published as: USRE37268E1; WO1997029272A1; DE19604865A1

Abstract

An einer Hubkolbenbrennkraftmaschine vorgesehene Einrichtung zur Änderung von Drehlagen mindestens einer Nockenwelle (5) gegenüber einer Kurbelwelle (6), mit einem hydraulischen Zylinder (4), zu dessen Beaufschlagung mit Hydraulikflüssigkeit eine Fördereinrichtung (1, 7, 16) vorgesehen ist, wobei die Fördereinrichtung (7, 16) unmittelbar vor und/oder während des Anlaßvorganges der Hubkolbenbrennkraftmaschine in dem hydraulischen Zylinder (4) vorhandene Gaspolster verdrängt und durch Hydraulikflüssigkeit, insbesondere Motoröl ersetzt, wobei eine von der Hubkolbenbrennkraftmaschine angetriebene erste Ölpumpe (1) vorgesehen ist und eine von einem Elektromotor (8) angetriebene zweite Ölpumpe (7) zur Beaufschlagung des hydraulischen Zylinders (4) vorgesehen ist, wobei ein von der Ölwanne (2) der Hubkolbenbrennkraftmaschine separiertes Ölreservoir (9) vorgesehen ist, aus dem die zweite Ölpumpe (7) ansaugt, dadurch gekennzeichnet, daß von einem Vorwärmer (10) vorgewärmtes Motoröl mittels der zweiten Ölpumpe (7) in den hydraulischen Zylinder (4) gelangt, wobei der Vorwärmer (10) in dem separierten Ölreservoir (9) angeordnet ist.

Description

Gebiet der Erfindung
Die vorliegende Erfindung betrifft eine an einer Hubkolbenbrennkraftmaschine vorgesehene Einrichtung zur Änderung von Drehlagen mindestens einer Nockenwelle gegenüber einer Kurbelwelle, wobei diese Einrichtung mit einem hydraulischen Zylinder versehen ist, zu dessen Beaufschlagung mit Hydraulikflüssigkeit eine von der Hubkolbenbrennkraftmaschine angetriebene Fördereinrichtung 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 Ritzet und der Nockenwelle konzentrisch angeordnete Stellglied kann einerseits mit einer Schrägverzahnung und andererseits mit einer Geradverzahnung versehen sein, wobei diese Verzahnungen mit entsprechend ausgebildeten, der Nockenwelle und dem Ritzel zugeordneten Verzahnungen zusammenarbeiten. Bei Betätigung des hydraulischen Zylinders findet eine axiale Verlagerung des Stellgliedes gegenüber dem Ritzel 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 Gaspolster entstehen. Demzufolge ist auch bei gesperrten Druckräumen des Zylinders eine Linearbewegung des darin geführten Kolbens möglich. Die von der Nokenwelle 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 Erfindung ist es daher, diese ungewollten Bewegungen des Stellgliedes zuverlässig zu unterbinden.
Die DE 195 29 277 A1 offenbart ein Verfahren zum Betreiben einer hydraulisch gesteuerten/geregelten Nockenwellen-Verstellvorrichtung für Brennkraftmaschinen, bei dem eine auf Spät-Stellung der Nockenwelle ausgelegte mechanische Stelleinrichtung durch einen zumindest einseitig hydraulisch beaufschlagbaren Kolben gesteuert wird, dem ein Druckmedium aus einem Hydraulikkreis mit einer gesondert angetriebenen Pumpe einem Druckspeicher und einem betriebspunktabhängig gesteuerten Ventil zugeführt wird, wobei zur Verringerung nachteiliger Abgasanteile beim Maschinenstart vorgeschlagen wird, daß bei einem Start der Brennkraftmaschine aus einem im wesentlichen gefüllten Druckspeicher in Abhängigkeit eines Startsignals ventilgesteuert Druckmedium dem Kolben für eine Früh-Verstellung der Nockenwelle durch die Stelleinrichtung zugeführt wird.
Die JP 04 228 815 AA zeigt eine Olversorgungseinrichtung für einen Verbrennungsmotor. Ein Ölstrom für eine Ventilschmierung wird von einem von einer ersten Ölpumpe führenden Versorgungskanal abgezweigt. Ein weiterer Ölkanal im Zylinderkopf führt Leckageöl vom Ventilsystem und leitet überschüssiges Öl zur Ölwanne. Eine zweite, Öl von der Ölwanne pumpende Ölpumpe ist mit einer hydraulischen Kammer eines Ventilverstellungssystems verbunden.
Die DE 39 29 078 A1 offenbart ein Verfahren zur Schmierung von Brennkraftmaschinen, die eine Druckumlaufschmierung mit einer von der Brennkraftmaschine angetriebenen Ölpumpe aufweisen, insbesondere von Kfz-Motoren. Es wird vor dem Starten der Brennkraftmaschine die vorhandene oder eine zusätzliche Ölpumpe fremd angetrieben und eine Druckumlaufschmierung durchgeführt.
Zusammenfassung der Erfindung
Erfindungsgemäß wird diese Aufgabe dadurch gelöst, daß die Fördereinrichtung unmittelbar vor und/oder während des Anlaßvorgangs der Hubkolbenbrennkraftmaschine in dem hydraulischen Zylinder vorhandene Gaspolster verdrängt und durch Hydraulikflüssigkeit, insbesondere Motoröl ersetzt. Diese Fördereinrichtung wird also vor dem Start des Motors beispielsweise bei Betätigung der Zündung oder beim Vorglühen des Motors aktiviert. Diese erfindungsgemäße Fördereinrichtung kann alternativ dann betätigt werden, während der Anlasser des Motors dreht. Selbstverständlich ist es auch möglich, eine Schaltung vorzusehen, bei der die Fördereinrichtung arbeitet, wenn die Zündung eingeschaltet ist und der Anlasser dreht. Eine derartige Fördereinrichtung kann beispielsweise durch eine – zusätzlich zu der bekannten, von der Hubkolbenbrennkraftmaschine angetriebenen ersten Ölpumpe – zweite, von einem Elektromotor angetriebene Ölpumpe gebildet sein. Dieser Elektromotor wird zweckmäßigerweise 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, ist es vorteilhaft, 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 Vorwärmer 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 Kuppeln der Ölpumpe mit dem Elektromotor oder mit der Hubkolbenbrennkraftmaschine vorgesehen ist. Beispielsweise bieten sich zwei handelsübliche Freilaufkupplungen 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 vorgeschlagen. 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 Hydrospeicher 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 gemeinsam 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:
1 schematische Darstellung einer ersten erfindungsgemäßen Einrichtung;
2 schematische Darstellung einer weiteren erfindungsgemäßen Einrichtung;
3 schematische Darstellung einer weiteren erfindungsgemäßen Einrichtung;
4 schematische Darstellung eines Pumpenantriebs der erfindungsgemäßen Einrichtung aus 3, und
5 schematische Darstellung einer weiteren erfindungsgemäßen Einrichtung.
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 hydraulischen 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 Drehlagen 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 verschiedenen 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 Steuereinheit 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 austretendes Motoröl über eine Rücklaufleitung 12 in das Ölreservoir 9 eingeleitet. Zum Befüllen des Ölreservoirs 9 kann aber auch Rücklauföl aus dem Zylinderkopf verwendet werden. In der Darstellung sind die Ölpumpe 7, der Elektromotor 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 2 schematisch dargestellte erfindungsgemäße Einrichtung unterscheidet sich von der aus der 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 3 schematisch dargestellte erfindungsgemäße Einrichtung unterscheidet sich von der aus der 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 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 Ölpumpe 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 Überholbetrieb. Auf diese Weise ist sichergestellt, daß sich die beiden Antriebsmöglichkeiten nicht gegenseitig behindern.
Die in der 5 schematisch dargestellte weitere erfindungsgemäße Einrichtung unterscheidet sich von denen aus den 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 Rückschlagventil 17 vorgesehen, das beispielsweise bei eingeschalteter Zündung freischaltet. Bei freigeschalteten Rückschlagventil 17 und stillstehender Kurbelwelle 6 drückt der Hydrospeicher 16 Motoröl über die Steuereinheit 3 in den hydraulischen Zylinder 4. Unter Umständen ist es zweckmäßig, das entriegelbare 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.

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

An einer Hubkolbenbrennkraftmaschine vorgesehene Einrichtung zur Änderung von Drehlagen mindestens einer Nockenwelle (5) gegenüber einer Kurbelwelle (6), mit einem hydraulischen Zylinder (4), zu dessen Beaufschlagung mit Hydraulikflüssigkeit eine Fördereinrichtung (1, 7, 16) vorgesehen ist, wobei die Fördereinrichtung (7, 16) unmittelbar vor und/oder während des Anlaßvorganges der Hubkolbenbrennkraftmaschine in dem hydraulischen Zylinder (4) vorhandene Gaspolster verdrängt und durch Hydraulikflüssigkeit, insbesondere Motoröl ersetzt, wobei eine von der Hubkolbenbrennkraftmaschine angetriebene erste Ölpumpe (1) vorgesehen ist und eine von einem Elektromotor (8) angetriebene zweite Ölpumpe (7) zur Beaufschlagung des hydraulischen Zylinders (4) vorgesehen ist, wobei ein von der Ölwanne (2) der Hubkolbenbrennkraftmaschine separiertes Ölreservoir (9) vorgesehen ist, aus dem die zweite Ölpumpe (7) ansaugt, dadurch gekennzeichnet, daß von einem Vorwärmer (10) vorgewärmtes Motoröl mittels der zweiten Ölpumpe (7) in den hydraulischen Zylinder (4) gelangt, wobei der Vorwärmer (10) in dem separierten Ölreservoir (9) angeordnet ist.
Einrichtung nach Anspruch 1, dadurch gekennzeichnet, daß das separierte Ölreservoir (9), die zweite Ölpumpe (7), der Elektromotor (8) und der Vorwärmer (10) als Baueinheit (13) ausgebildet sind.
Einrichtung nach Anspruch 1, dadurch gekennzeichnet, daß eine in das separierte Ölreservoir (9) einmündende Ölrücklaufleitung (12) vorgesehen ist.
Einrichtung nach Anspruch 1, dadurch gekennzeichnet, daß eine Rücklaufleitung (12) vorgesehen ist, über die aus dem Zylinder (4) austretendes Motoröl in das Ölreservoir (9) eingeleitet wird.