DE19850947A1

DE19850947A1 - Vorrichtung zur Steuerung der Öffnungs- und Schließzeiten von Gaswechselventilen einer Brennkraftmaschine

Info

Publication number: DE19850947A1
Application number: DE1998150947
Authority: DE
Inventors: Ulrich Kramer; Thomas Saupe
Original assignee: INA Waelzlager Schaeffler OHG
Current assignee: IHO Holding GmbH and Co KG
Priority date: 1998-11-05
Filing date: 1998-11-05
Publication date: 2000-05-11

Abstract

Die Erfindung betrifft eine Vorrichtung zur Steuerung der Steuerzeiten einer Brennkraftmaschine mit wenigstens einem Antriebsmittel, wenigstens einer Nockenwelle (28) mit Nocken (40, 42, 50), wenigstens einer hydraulisch betätigbaren Verstelleinrichtung zur Verstellung des Relativ-Verdrehwinkels zwischen dem Antriebsmittel und der Nockenwelle (28), wenigstens einer Hydraulikfluid-Versorgungseinrichtung zur Beaufschlagung der Verstelleinrichtung und wenigstens einer Zwangssteuerungs-Einrichtung, durch die die hydraulische Beaufschlagung der Verstelleinrichtung in Abhängigkeit von dem absoluten Verdrehwinkel der Nockenwelle (28) und/oder der Nocken (40, 42, 50) wenigstens zeitweise und/oder wenigstens teilweise beeinflußbar ist.

Description

Anwendungsgebiet der Erfindung

Die Erfindung betrifft eine Vorrichtung zur Steuerung der Öffnungs- und Schließzeiten von Gaswechselventilen einer Brennkraftmaschine sowie ein Verfahren zur Herstellung einer solchen.

Hintergrund der Erfindung

Vorrichtungen zur Steuerung der Öffnungs- und Schließzeiten von Gaswech selventilen einer Brennkraftmaschine sind bereits seit einiger Zeit bekannt. Ein Teil dieser Vorrichtungen basiert in der Regel auf dem Prinzip, daß im Drehmomentfluß zwischen einem Riementrieb und der Nockenwelle ein axial verschieblich gelagerter Kolben angeordnet ist. Dieser Kolben ist mit dem Rie mentrieb bzw. der Nockenwelle derart gekoppelt, daß eine Axialverschiebung des Kolbens in eine Relativdrehwinkelverstellung von Riementrieb und Noc kenwelle umgewandelt wird, wobei häufig Zahnradpaare zum Einsatz kommen, von denen wenigstens eines schrägverzahnt ist. Die gesteuerte Axialverschie bung des Kolbens wird dabei mittels einer Hydraulikanordnung realisiert. Dabei schließt sich an eine oder an beide Stirnflächen des Kolbens eine Kammer an, die mit einer Druckölquelle verbunden ist, so daß die jeweiligen Stirnseiten des Kolbens hydraulisch beaufschlagbar sind.

Eine andere Variante dieser Vorrichtungen basiert auf dem Prinzip, daß im Drehmomenffluß zwischen einem Riementrieb und der Nockenwelle ein Ra dialkolben- bzw. Flügelzellenversteller angeordnet ist. Derartige, z. B. in der DE 39 37 644 A1 oder der EP 0 777 037 A1 offenbarte Anordnungen weisen ein mit radialen Flügeln versehenes Flügelrad auf, das mit einer Nockenwelle drehfest gekoppelt ist. Diese Flügel erstrecken sich in mehrere, sich in Um fangsrichtung erstreckende Zellen eines Zellenrades, das mit dem Antriebsrad drehfest verbunden ist und das Flügelrad radial außenliegend umgibt. Dabei werden die Zellen von den Flügeln jeweils in eine erste und eine zweite Kam mer unterteilt. Diese Kammern sind über Hydrauliköl-Versorgungsleitungen jeweils mit Hydrauliköl beaufschlagbar. Bei unterschiedlicher Beaufschlagung dieser Kammern stellt sich - in der Regel infolge der Druckdifferenz - eine re sultierende Kraft auf die Flügel ein. Dieser resultierenden Kraft folgen die Flü gel in Umfangsrichtung, so daß sich je nach Orientierung der resultierenden Kraft der Drehwinkel der Nockenwelle in eine erste bzw. zweite Orientierung gegenüber dem Drehwinkel des Antriebsrads verstellt.

Bei derartigen Vorrichtungen stellt sich die Anforderung, daß die Verstellung der Nockenwelle unter allen auftretenden Betriebsbedingungen mit hinreichen der Genauigkeit und ausreichender Verstellgeschwindigkeit realisiert werden kann. Bei hohen Öltemperaturen oder niedrigen Motordrehzahlen bzw. bei niedrigen Drücken im Motorölkreislauf bzw. im Hydrauliksystem steigt die Ge fahr von Ungenauigkeiten bei der Verstellung des Nockenwellen- Phasenwinkels. Das ist vor allem auf dynamische Nockenwellenmomente zu rückzuführen, die wiederum insbesondere dadurch hervorgerufen werden, daß der Nocken in der Ventilöffnungsphase (auflaufender Nocken) zusätzliche Hub arbeit gegen die Kraft einer Ventilfeder aufzubringen hat, während in der Ab laufphase (Schließen des Ventils) ein Teil dieser in der Feder gespeicherten Energie an ihn wieder abgegeben wird. Da sich die Nockenwelle gegen den Kolben bzw. die Flügel und dieser bzw. diese wiederum gegen das Hydrauliköl in einer der Kammern abstützt, resultieren hieraus Druckschwankungen in den Kammern. Diese führen bei einer Verstellung in Richtung "früh" (Verstellung der Nockenwelle in Richtung ihrer Drehrichtung) zu einer Druckerhöhung in der druckbeauschlagten Kammer während des Auflaufens des Nockens und zu einer Druckverminderung in dieser Kammer während des Ablaufens des Noc kens. Für eine Verstellung in Richtung "spät" (Gegenrichtung) gilt die Umkeh rung bezüglich der dann druckbeaufschlagten Kammer. Bei einer Verstellung in Richtung "früh" führt dieses beispielsweise dazu, daß während des Auflaufens des Nockens infolge der Druckerhöhung Öl in die Druckkammer zurückge drängt werden kann und damit der Verstellung der Nockenwelle in der ange strebten Richtung entgegengewirkt wird, während in der Ablaufphase infolge des verminderten Drucks die Verstellung in der angestrebten Richtung unter stützt wird.

Zur Kompensation dieser Druckschwankungen wurde daher vorgeschlagen, innerhalb der Drucköl-Zuführleitung ein Rückschlagventil anzuordnen. Eine derartige Anordnung eines Rückschlagventils bewirkt eine Erhöhung der Ver stellgenauigkeit, da sich die in die Kammern ragenden Fluidsäulen auf diesem abstützen können. Allerdings stellt auch eine derartige Anordnung nicht ein Optimum dar, so daß weitere Verbesserungen wünschenswert sind. So werden durch dieses zusätzliche Bauteil sowohl das Ausfallrisiko als auch die Kosten erhöht. Ferner bedeutet das Ventil einen nicht zu vernachlässigenden Strö mungswiderstand, der zu Druckverlusten führt. Im ungünstigen Fall der über kritischen Anregung bzw. der Anregung im Bereich der Eigenfrequenz kann es sogar zu einer beachtlichen Verminderung der Undurchlässigkeit in Richtung der Druckquelle kommen.

Aufgabe der Erfindung

Der Erfindung liegt daher die Aufgabe zugrunde, eine Vorrichtung- sowie ein Verfahren zu deren Herstellung - zu schaffen, die bei verbessertem Strö mungsverhalten kostengünstiger und mit erhöhter Betriebssicherheit ihrer Bauteile eine sichere Verstellung des Nockwellen-Verdrehwinkels ermöglicht.

Zusammenfassung der Erfindung

Die Aufgabe wird erfindungsgemäß durch den Gegenstand des Anspruchs 1 gelöst. Bevorzugte Weiterbildungen der Erfindung sind Gegenstand der Un teransprüche.

Erfindungsgemäß ist vorgesehen, eine Vorrichtung zur Steuerung der Öff nungs- und Schließzeiten von Gaswechselventilen einer Brennkraftmaschine mit wenigstens einer Zwangssteuerungs-Einrichtung, durch die die hydrauli sche Beaufschlagung der Verstelleinrichtung in Abhängigkeit von dem absolu ten Verdrehwinkel der Nockenwelle und/oder der Nocken wenigstens zeitweise und/oder wenigstens teilweise beschränkt wird, zu versehen.

Eine erfindungsgemäße Vorrichtung weist wenigstens ein Antriebsmittel, wie einen Riemen oder ein Zahnriemenrad, sowie wenigstens eine Nockenwelle auf, deren Nocken der Betätigung von Ventilen dienen. Die Ventile weisen bei spielsweise eine Feder auf, gegen deren Kraft von den Nocken das Ventil ge öffnet werden kann, während die Schließbewegung der Ventile durch die in der Feder gespeicherte Energie wenigstens unterstützt wird. Über eine hydraulisch betätigbare und vorzugsweise axial verschieblich gelagerte Verstelleinrichtung, wie eine Kolbeneinrichtung oder ein Kolben oder ein Radialkolben- bzw. Flü gelzellenversteller, läßt sich der Verdrehwinkel zwischen dem Antriebsmittel und der Nockenwelle verstellen. Hierzu ist z. B. die Verstelleinrichtung bzw. der Kolben mit dem Antriebsmittel bzw. der Nockenwelle derart gekoppelt, daß eine Axialverschiebung des Kolbens in eine Relativwinkel-Verstellung von An triebsmittel und Nockenwelle umgewandelt wird. Hierzu ist beispielsweise im Drehmomentfluß zwischen Antriebsmittel und Verstelleinrichtung bzw. Kolben sowie zwischen Kolben und Nockenwelle jeweils wenigstens ein Zahnradpaar angeordnet, von denen wenigstens eines eine Schrägverzahnung aufweist.

Bevorzugt ist auch, anstelle der Kolbeneinrichtung als Verstelleinrichtung eine Radialkolben- bzw. Flügelzellen-Verstelleinrichtung vorzusehen. Diese Flügel zellen-Verstelleinrichtung weist erfindungsgemäß ein nockenwellenseitig an geordnetes Flügelrad mit Flügeln auf, die sich im wesentlichen in radialer Richtung erstrecken. Dieses Flügelrad ist mit der Nockenwelle drehfest gekop pelt. Die Flügel des Flügelrads erstrecken sich in die Zellen eines sich um das Flügelrad herum erstreckenden Zellenrads. Dabei teilen die Flügel die Zellen jeweils in eine erste sowie eine zweite Kammer auf. Diese Kammern stehen jeweils mit einer Hydrauliköl-Versorgungsleitung in Verbindung. Durch entspre chende Befüllvorgänge dieser Kammern läßt sich das Flügelrad gegenüber dem Zellenrad relativ in Umfangsrichtung verstellen. Damit wird der Drehwinkel zwischen der mit dem Zellenrad verbundenen Antriebseinrichtung und der Nockenwelle verändert.

Zur Verstellung der Verstelleinrichtung ist eine Hydraulikfluid-Versorgungsein richtung vorgesehen, die wenigstens eine Hydrauliköl-Druckquelle und/oder Hydrauliköl-Abführeinrichtung aufweist und wenigstens eine Verbindungsein richtung zur wenigstens zeitweisen hydraulischen Verbindung der Hydrauliköl- Druckquelle und/oder Hydrauliköl-Abführeinrichtung mit der wenigstens einen Fläche der Verbindungseinrichtung aufweist. Diese Hydraulikfluid-Versor gungseinrichtung weist beispielsweise Schläuche, Bohrungen oder sonstige Leitungen auf.

Die Zwangssteuerungs-Einrichtung ordnet beispielsweise wenigstens zwei definierten Lagen eines beweglich angeordneten Bauteils jeweils einen be stimmten, definierten Zustand zu. Bevorzugt werden diese unterschiedlichen Zustände rein mechanisch erzeugt. Bevorzugt ordnet sie wenigstens zwei ver schiedenen Winkellagen der Nockenwelle bzw. des Nockens jeweils einen Schaltzustand der Hydraulikfluid-Versorgungseinrichtung zu. So ist beispiels weise wenigstens während einer Verstellbewegung des Kolbens in Richtung "früh", also einer in Drehrichtung der Nockenwelle gerichteten Nockenwellen- Drehwinkelverstellung, in den Nockenlagen, in denen der Nocken einen Ven tilstößel derart betätigt, daß sich der Abstand zwischen Stößel und Nocken wellenachse vergrößert eine Strömungsverbindung zwischen einer Druckquelle und einer ersten, sich an einen Kolben anschließenden Kammer unterbrochen (erster Zustand) während sie bei wenigstens einer von dieser Nockenlage ver schiedenen Nockenlage wenigstens teilweise geöffnet ist. Entsprechend ist beispielsweise bei einer entgegengesetzten Verstellung die Strömungsverbin dung unterbrochen, wenn der Stößel sich unter Wirkung der auf ihn wirkenden Kraft der Ventilfeder durch den Nocken abgestützt in Richtung der Nockenwelle bewegt. Bevorzugt ist also, daß die Strömungsverbindung dann unterbrochen wird, wenn Schwankungen - besonders bevorzugt der angestrebten Verstell bewegung entgegengesetzte Schwankungen - im Kraft- bzw. Drehmoment verlauf bzw. lastseitig auf den Nocken bzw. die Nockenwelle wirken bzw. auf die Druckverhältnisse in der Kammer rückwirken (würden). Besonders bevor zugt ist die Strömungsverbindung dann unterbrochen, wenn (überlagerte) Schwankungen im Drehmomentverlauf der Nockenwelle eine Druckerhöhung in der Kammer bedingen (würden). Bevorzugt ist auch, daß die Strömungsverbin dung wenigstens während des mechanischen Zusammenwirkens von Nocken und Ventilstößel unterbrochen ist, wobei die darüber hinausgehende Unterbre chungsperiode für die unterschiedlichen Ventile bzw. Zylinder wenigstens teil weise unterschiedlich ist. Bevorzugt sind die Zustände unabhängig von den Kompressibilitäten des Hydrauliköls und hängen im wesentlichen nur von der Lage des beweglich angeordneten Bauteils ab.

Eine erfindungsgemäße Vorrichtung bietet verschiedene Vorteile. So ermög licht sie ein definiertes Öffnen und Schließen der Druckversorgungsleitung zu beliebigen Zeitpunkten, ohne daß ein zusätzliches Bauteil, wie ein Rück schlagventil, erforderlich ist oder ein Versagen bei bestimmten Druckschwin gungsfrequenzen droht. Ferner ermöglicht die Erfindung eine Verstellung auch bei niedrigen Drücken - sogar bei solchen, die gerade noch zur Verstellung der Nockenwelle ausreichen. Auch eine Steigerung der Verstellgeschwindigkeit bei geringen Drücken wird erfindungsgemäß ermöglicht. Auch lassen sich durch die Erfindung die Druckölsteuerzeiten stets an den jeweiligen Motorbetriebszu stand einfach anpassen.

Bevorzugt weist die Zwangssteuerungs-Einrichtung eine Weicheneinrichtung zur wenigstens zeitweisen Umleitung eines Fluidflusses in der Verbindungsein richtung auf. Hierbei ist beispielsweise bei einer ersten Bauteillage, wie einer bestimmten Nockenposition, eine Strömungsverbindung zwischen einer ersten Leitung, die beispielsweise zu einer Druckkammer führt mit einer zweiten Lei tung, die beispielsweise in eine am Kolben bzw. am Flügel gelegen Kammer führt, geschaltet, während sie mit einer dritten Leitung unterbrochen ist, und bei einer zweiten Nockenposition die zweite Leitung von der ersten unter gleich zeitiger Verbindung von erster und dritter Leitung getrennt.

Besonders bevorzugt weist die Zwangssteuerungs-Einrichtung eine Unterbre chungseinrichtung auf, die einen Fluidfluß bei Vorliegen einer ersten Bauteil position unterbricht und bei Vorliegen einer zweiten Bauteilposition ermöglicht. Besonders bevorzugt ist, daß ein Element der Zwangssteuerungs-Einrichtung von der Zu- und/oder Ablaufleitungsanordnung einer sich an den Kolben an schließenden Kammer umfaßt ist.

Gemäß einer bevorzugten Ausführungsform der Erfindung ist die Zu- oder Ab laufleitung wenigstens teilweise durch die Nockenwelle und/oder durch wenig stens einen Nockeninnenraum und/oder wenigstens teilweise in einer im we sentlichen durch die Nocken aufgespannte Ebene geführt bzw. wird die ent sprechende Leitungsbewandung bzw. -begrenzung von einer Nocken- und/oder Nockenwellenfläche gebildet. Bevorzugt weist die Leitungsunterbre chungs- bzw. die Weicheneinrichtung einen beweglichen Bereich auf, dessen Bewegung bzw. Bewegungsbahn an die Bewegung der Nocken und/oder der Nockenwelle funktionell gekoppelt ist, also beispielsweise durch eine mechani sche Zwangskopplung (mit)bestimmt wird. Dieser bewegliche Bereich ist be sonders bevorzugt ein Hydraulikleitungsabschnitt ist, also ein Bereich einer Strömungsleitung.

Gemäß einer besonders bevorzugten Ausführungsform der Erfindung mündet in diesen beweglichen Hydraulikleitungsabschnitt während einer ersten Zeitpe riode wenigstens ein erster Leitungsabschnitt und während einer zweiten Zeit periode wenigstens ein zweiter Leitungsabschnitt, wobei sich diese beiden Zeitperioden wenigstens teilweise überschneiden, so daß während wenigstens einer Teilzeitperiode einer Verbindung zwischen dem ersten und dem zweiten Leitungsabschnitt hergestellt ist, die während einer anderen Teilzeitperiode oder Zeitperiode unterbrochen ist.

Besonders bevorzugt ist die Nockenwelle wenigstens teilweise als Hohlwelle ausgebildet ist, wobei der Hydraulikölfluß wenigstens teilweise durch wenig stens einen Teil des Welleninneren geführt wird und wobei sich von dem Wel leninneren wenigstens eine Öffnung, beispielsweise eine (Radial)Bohrung, durch die Bewandung der Nockenwelle nach außen erstreckt. Vorzugsweise bildet diese Öffnung den vorerwähnten ersten oder zweiten Leitungsabschnitt.

Gemäß einer bevorzugten Ausführungsform der Erfindung mündet in einen Verbindungsleitungsabschnitt, der sich gekrümmt um die Längsachse der Noc kenwelle windet und in Umfangsrichtung der Nockenwelle einen Winkelbereich abdeckt, der kleiner als 360° und bevorzugt eine Nut ist, eine mit einer der Kammern in Verbindung stehende Leitung und eine mit der Druckquelle in Ver bindung stehende Leitung, wobei wenigstens eine dieser Leitungen wenigstens im jeweiligen Mündungsbereich relativ zum Verbindungsleitungsabschnitt be weglich angeordnet ist. Besonders bevorzugt erstreckt sich die Nut in der Au ßenoberfläche der Nockenwelle oder in der Innenoberfläche eines die Noc kenwelle mit im wesentlichen zylindrischer Innenoberfläche ummantelnden und gegenüber der Nockenwelle wenigstens zeitweise und wenigstens teilweise drehbeweglich angeordneten angrenzenden Bauteils. Eine der Leitungen ist beispielsweise im die Nut aufweisenden Bauelement, während die andere Lei tung sich in das jeweils andere Bauelement erstreckt.

Eine bevorzugte Ausführungsform der Erfindung weist wenigstens ein Gleitla ger zur Aufnahme der Nockenwelle auf, in die sich ein Teil der Strömungska näle erstreckt und/oder die von der Zwangssteuerungs-Einrichtung wenigstens teilweise umfaßt ist. Beispielsweise erstreckt sich in diesem Gleitlager im Auf nahmebereich die vorerwähnte Nut über wenigstens einen Teil des Innenum fangs.

Besonders bevorzugt wird das Gleitlager außen von einem Zylinderkopf aufge nommen. Gemäß einer besonders bevorzugten erfindungsgemäßen Ausfüh rungsform ist dieses Gleitlager bzw. diese Gleitlagerbuchse gegenüber dem Zylinderkopf und gegenüber der Nockenwelle beweglich, vorzugsweise dreh beweglich, angeordnet. Vorzugsweise sind zusätzlich Fixierelemente vorgese hen. Die bewegliche Anordnung ermöglicht beispielsweise eine Verstellung der Nutlage, die sich bevorzugt in der Gleitlagerbuchse erstreckt. Eine derartige drehbare Lagerung ermöglicht, durch Verdrehung der Lagerbuchse den Druckölfluß zum Nockenwellenversteller vollständig zu sperren. Dieses ist ins besondere in der Motorstartphase zur Geräuschminderung vorteilhaft.

Gemäß einer bevorzugten Ausführungsform der Erfindung sind die von der Zwangssteuerungs-Einrichtung gesteuerten Unterbrechungsperioden während der Druckbeaufschlagung der ersten Kammer und während der Druckbeauf schlagung der zweiten Kammer und/oder in Abhängigkeit von dem zu beauf schlagenden Ventil jeweils verschieden. Besonders bevorzugt umfaßt die erfin dungsgemäße Vorrichtung eine Verstelleinrichtung zur Verstellung der zwangsgesteuerten Unterbrechungsperioden und/oder Unterbrechungslängen und/oder zur Verstellung der Lage der zwangsgesteuerten Unterbrechungslän gen zum absoluten Drehwinkel der Nockenwelle. Auch wenn die Begriffe Un terbrechungsperioden oder Unterbrechungslängen hier vereinfachend syn onym verwendet werden, ist strenggenommen zu unterschieden: So sei unter einer Unterbrechungslänge eine rein baulich bestimmte Größe verstanden, wie beispielsweise die Länge einer nutfreien Strecke, an der ein Leitungsabschnitt vorbei geführt wird, wenn eine Verbindung zwischen einer Kammer und der Druckölquelle nur dann hergestellt ist, wenn der Leitungsabschnitt an der Nut entlang geführt wird. Unter der Unterbrechungsperiode ist die tatsächliche Zeit zu verstehen, die verstreicht, wenn die Verbindung unterbrochen ist, die sich beispielsweise als Produkt aus Nutlänge und Relativgeschwindigkeit zwischen der Nut und dem Leitungsabschnitt ergibt. Die Verstelleinrichtung ist beispiels weise eine Hülse, wie eine Lagerbuchse, die in Umfangsrichtung und/oder axial verschieblich gelagert ist. Vorzugsweise ist sie in (einzelnen) Positionen fixierbar. Bei axialer Verschiebung kann beispielsweise von einer ersten Nut mit definierter Länge und Lage der Nut zum absoluten Verdrehwinkel der Noc kenwelle auf eine zweite Nut mit anderer definierter Länge und/oder Lage einer Nut zum absoluten Verdrehwinkel der Nockenwelle umgeschaltet werden.

Gemäß einer besonders bevorzugten Ausführungsform der Erfindung wird durch die Zwangssteuerungs-Einrichtung eine symmetrische Verstellkurve des zeitlichen Verstellwinkelverlaufs hinsichtlich der Verstellvorgäge "früh"-"spät"- "früh" bzw. -"spät"-"früh"-"spät" ermöglicht. Hierzu sind beispielsweise ver schiedene Unterbrechungszeiten oder -perioden vorgesehen. Dabei bzw. da durch wird beispielsweise durch entsprechende Auslegung der Ölversorgungs- Steuerzeiten die Verstellung in Richtung "früh", d. h. in Richtung der entgegen dem Nockenwellen-Reibmoment wirkenden langsameren Verstellrichtung be schleunigt, während die Verstellung in Richtung "spät", d. h. in Richtung der mit dem Nockenwellen-Reibmoment wirkenden schnelleren Verstellrichtung ver langsamt wird.

Hiermit läßt sich ohne großen Aufwand die zusätzliche Anordnung einer Feder vermieden, die in bekannten Anordnungen zur Vermeidung von insbesondere durch das Reibmoment bedingten Asymmetrien im Verstellkurven-Verlauf auf gebracht werden. Auch Federn, die zur Geräuschverminderung in bekannten Anordnungen eingesetzt werden, lassen sich durch die erfindungsgemäße Vor richtung einsparen, ohne daß von der erfindungsgemäßen Vorrichtung eine größere Geräuschbelastung ausgeht.

Es sei darauf hingewiesen, daß das Zusammenwirken der einzelnen erfin dungsgemäßen Merkmale in jeder beliebigen Kombination bevorzugt ist. Ins besondere sind auch die durch die unabhängigen Ansprüche offenbarten Merkmalskombinationen unter Weglassung eines oder mehrerer Merkmale jeweils bevorzugt. Bevorzugt ist auch jede Kombination der Ansprüche. Für den Fachmann ist ersichtlich, daß über die hier dargestellten Ausführungsbeispiele der Erfindung hinaus eine Vielzahl weiterer Modifikationen und Ausführungen denkbar sind, die von der Erfindung erfaßt sind. Die Erfindung beschränkt sich insbesondere nicht nur auf die hier dargestellten Ausführungsformen.

Kurze Beschreibung der Zeichnungen

Die Erfindung wird nachfolgend anhand beispielhafter, nicht beschränkender Ausführungsformen näher erläutert. In den dazugehörigen Zeichnungen zeigen dabei:

Fig. 1 den an einer Nockenwelle auftretenden Reibmoment-Verlauf über dem Kurbelwinkel in schematischer und beispielhafter Form;

Fig. 2 in qualitativer Form die Auswirkungen von Schwankungen des Noc kenwellenmoments auf den Öldruck in einer Kammer;

Fig. 3 eine erste beispielhafte, teilgeschnittene Ausführungsform der Erfin dung;

Fig. 4 eine zweite beispielhafte Ausführungsform der Erfindung; und

Fig. 5 qualitativ verschiedene mit der Erfindung erzeugbare symmetrische Verstellwinkelverläufe 90, 92, 94 im Vergleich zu einem asymmetri schen Verstellwinkelverlauf 98.

Ausführliche Beschreibung der Zeichnungen

Fig. 1 zeigt den üblicherweise an einer Nockenwelle auftretenden Reibmoment- Verlauf über dem Kurbelwinkel. Dieser erfährt beim Auflaufen des Nockens einen Anstieg 4 und bei Ablaufen des Nockens einen Abfall 6 mit Umkehr der Wirkrichtung des Reibmomentes.

Fig. 2 zeigt in qualitativer Form den mit dem in Bezug auf Fig. 1 beschriebenen Phänomen einhergehenden Öldruck-Verlauf in der Verstellerkammer über dem Kurbelwinkel.

Fig. 3 zeigt eine beispielhafte, teilgeschnittene Ausführungsform der Erfindung. Das Riemenrad 10 ist mit der Gehäuseabdeckung 12 sowie dem ersten Zwi schenelement 14 drehfest gekoppelt. Das Zwischenelement 14 weist radial innenliegend eine Verzahnung 16 auf, die die an der axial verschieblich gela gerten Kolbeneinrichtung 18 angeordnete Gegenverzahnung 20 kämmt. Die Kolbeneinrichtung 18 weist eine zweite Verzahnung 22 auf, die in eine am zweiten Zwischenelement 24 angeordnete zweite Gegenverzahnung 26 ein greift. Wenigstens ein Zahnradpaar 16, 20 bzw. 22, 26 ist schrägverzahnt. Das zweite Zwischenelement 24 steht drehfest mit der Nockenwelle 28 in Verbin dung und ist über die Schraube 30 gegen diese verspannt. Die Kolbeneinrich tung 18 trennt eine erste Kammer 32 von einer zweiten Kammer 34. Diese Kammern 32, 34 sind zur Axialverstellung der Kolbeneinrichtung 18 jeweils gesteuert mit Drucköl über die teilweise dargestellten Leitungen 36 bzw. 38 befüllbar.

Die beispielhafte Ausführung im Bereich der Nocken 40, 42 wird im Folgenden anhand der Fig. 4 näher beschrieben. Der mit der Nockenwelle 28 drehfest verbundene Nocken 50 dient zur Beaufschlagung eines Ventils mit (Tas sen) Stößel 52 und Ventilfeder 54. Die Nockenwelle 28 dreht sich während des Betriebs in Richtung des Pfeils 56. Gegenüber der Nockenwelle 28 sowie ge genüber dem Zylinderkopf 74 ist die Lagerbuchse 58 in den Pfeilrichtungen des Doppelpfeils 60 beweglich angeordnet, so daß sich die Lage der auf der zylindrischen Innenoberfläche 62 angeordneten Umfangsnut 64 zum Nocken 50 bzw. zu dem Punkt 66, an dem der Nocken 50 in Drehrichtung 56 den Stö ßel 52 erstmalig berührt, einstellen läßt. Damit die sich über die Leitung 68 in Richtung der nicht gezeigten Kammer 32 fortsetzende Strömungsverbindung durch eine Verdrehung der Lagerbuchse 58 nicht unterbrochen wird, schließt sich außen eine zweite Umfangsnut 70 an die sich von der Umfangsnut 64 nach außen erstreckende Bohrung 72 an, die im Zylinderkopf 74 angeordnet ist. Das über die Leitung 68 zur Kolbenverstellung abgeführte Hydrauliköl wird über den Innenraum 76 der als Hohlwelle ausgebildeten Nockenwelle 28 von der nicht gezeigten Druckquelle zugeführt. Wenn die vom Innenraum 76 durch die Bewandung 78 der Nockenwelle 28 nach außen gerichtete radiale Ölver sorgungsbohrung 80 mit ihrem außen liegenden Endbereich 82 die Umfangs nut 64 überfährt, ist eine Strömungsverbindung zwischen dem Innenraum 76 und der Leitung 68 hergestellt, die ansonsten unterbrochen ist. Diese Verbin dung ist aber auch unabhängig von der Lage der Ölversorgungsbohrung 80 zur Umfangsnut 64 unterbrechbar, indem die Bohrung 72 mit der Lagerbuchse 58 derart verdreht wird, daß die Bohrung 72 mit ihrem außenliegenden Ende 84 nicht mehr Kontakt zur Umfangsnut 70 hat.

Es sei angemerkt, daß nicht gezeigte Fixierelemente vorzugsweise außerhalb der Verstellung der Lagerbuchse 58 diese gegenüber dem Zylinderkopf 74 fixieren. Es sei ferner angemerkt, daß bei entsprechend umgeordneten Nuten und Kanälen auch die Lagerbuchse 58 mit der Nockenwelle 28 fixiert sein kann, wobei der Außenmantel der Lagerbuchse 58 gegenüber dem Zylinder kopf 74 drehbeweglich ist.

Fig. 5 zeigt qualitativ verschiedenen mit der Erfindung erzeugbare symmetri sche Verstellwinkelverläufe 90, 92, 94 im Vergleich zu einem asymmetrischen Verstellwinkelverläufe 98.

Bezugszeichenliste

4

Anstieg

6

Abfall

10

Riemenrad

12

Gehäuseabdeckung

14

erstes Zwischenelement

16

Verzahnung von

14

18

Kolbeneinrichtung

20

Gegenverzahnung

22

zweite Verzahnung

24

zweites Zwischenelement

26

zweite Gegenverzahnung

28

Nockenwelle

30

Schraube

32

erste Kammer

34

zweite Kammer

36

Leitung zu

32

38

Leitung zu

34

40

Nocken

42

Nocken

50

Nocken

52

Tassenstößel

54

Ventilfeder

56

Pfeil

58

Lagerbuchse

60

Doppelpfeil

62

Innenoberfläche

64

Umfangsnut

66

Punkt

68

Leitung

70

zweite Umfangsnut

72

Bohrung in

58

74

Zylinderkopf

76

Innenraum von

28

78

Bewandung

78

von

28

80

Ölversorgungsbohrung in

28

bzw.

78

82

Endbereich von

80

84

Ende von

72

90

symmetrischer Verstellwinkelver lauf

92

symmetrischer Verstellwinkelver lauf

94

symmetrischer Verstellwinkelver lauf

98

asymmetrischer Verstellwinkelver lauf

Claims

1. Vorrichtung zur Steuerung der Öffnungs- und Schließzeiten von Gaswech selventilen einer Brennkraftmaschine mit

1. wenigstens einem Antriebsmittel;
2. wenigstens einer Nockenwelle (28) mit wenigstens einem Nocken (40, 42, 50) zur Betätigung wenigstens eines Ventils;
3. wenigstens einer hydraulisch betätigbaren Verstelleinrichtung zur Ver stellung des Relativ-Verdrehwinkels zwischen dem Antriebsmittel und der Nockenwelle (28), wobei die Verstelleinrichtung wenigstens eine beweglich angeordnete Einrichtung mit wenigstens einer Fläche auf weist, die mit einem Hydraulikfluid beaufschlagbar ist;
4. wenigstens einer Hydraulikfluid-Versorgungseinrichtung, die wenigstens eine Hydrauliköl-Druckquelle und wenigstens eine Hydrauliköl-Abführ einrichtung aufweist;
5. wenigstens einer Verbindungseinrichtung zur wenigstens zeitweisen hy draulischen Verbindung der Hydrauliköl-Druckquelle mit der wenigstens einen Fläche; und
6. wenigstens einer Zwangssteuerungs-Einrichtung, durch die die hydrauli sche Beaufschlagung der Verstelleinrichtung in Abhängigkeit von dem absoluten Verdrehwinkel der Nockenwelle (28) wenigstens teilweise beeinflußbar ist.

2. Vorrichtung nach Anspruch 1, bei welcher die Zwangssteuerungs-Einrich tung eine Unterbrechungseinrichtung, wie eine Leitungsunterbrechungs- Einrichtung, zur wenigstens zeitweisen Unterbrechung des Fluidflusses in der Verbindungseinrichtung aufweist.

3. Vorrichtung nach Anspruch 1, bei welcher die Zwangssteuerungs- Einrichtung eine Weicheneinrichtung zur wenigstens zeitweisen Umleitung des Fluidflusses in der Verbindungseinrichtung aufweist.

4. Vorrichtung nach Anspruch 1, bei welcher die Verstelleinrichtung

1. wenigstens eine hydraulisch betätigbare und axial verschieblich gela gerte Kolbeneinrichtung (18) mit wenigstens einer Wirkfläche zur Auf nahme eines Hydraulikfluids aufweist;
2. wenigstens ein erstes Drehmomentübertragungsmittel zur Übertragung eines Drehmoments von dem Antriebsmittel auf die Kolbeneinrichtung (18) aufweist; und
3. wenigstens ein zweites Drehmomentübertragungsmittel zur Übertragung eines Drehmoments von der Kolbeneinrichtung (18) auf die Nockenwelle (28) aufweist;
4. wobei wenigstens ein Drehmomentübertragungsmittel eine Einrichtung zur Wandlung einer im wesentlichen translatorischen Bewegung in eine Bewegung mit wenigstens einem rotatorischen Anteil aufweist.

5. Vorrichtung nach Anspruch 1, bei welcher die Verstelleinrichtung

1. ein Flügelrad mit sich im wesentlichen radial nach außen erstreckenden Flügeln und
2. ein Zellenrad mit im wesentlichen in Umfangsrichtung angeordneten Zellen aufweist, wobei
3. die Flügel derart in die Zellen hineinragen, daß die Zellen in jeweils eine erste und eine zweite wenigstens teilweise von einem Flügel voneinan der getrennte Kammer unterteilt werden;
4. die Flügel wenigstens zeitweise und wenigstens teilweise gegenüber dem Flügelrad beweglich angeordnet sind; und
5. die Kammern jeweils mit einer Ölversorgungseinrichtung in Verbindung stehen.

6. Vorrichtung nach Anspruch 1, bei welcher die Zu- oder Ablaufleitung we nigstens teilweise durch die Nockenwelle (28) geführt ist.

7. Vorrichtung nach Anspruch 1, bei welcher die Zu- oder Ablaufleitung we nigstens teilweise durch wenigstens einen Nockeninnenraum geführt ist.

8. Vorrichtung nach Anspruch 1, bei welcher die Zu- oder Ablaufleitung we nigstens teilweise in einer im wesentlichen durch die Nocken (40, 42, 50) aufgespannten Ebene geführt ist.

9. Vorrichtung nach Anspruch 2, bei welcher die Leitungsunterbrechungs- Einrichtung einen beweglichen Bereich aufweist, dessen Bewegung an die Bewegung der Nocken (40, 42, 50) funktionell gekoppelt ist.

10. Vorrichtung nach Anspruch 3, bei welcher die Weicheneinrichtung einen beweglichen Bereich aufweist, dessen Bewegung an die Bewegung der Nocken (40, 42, 50) funktionell gekoppelt ist.

11. Vorrichtung nach Anspruch 9, bei welcher der bewegliche Bereich ein Hy draulikleitungsabschnitt ist.

12. Vorrichtung nach Anspruch 11, bei welcher

1. der bewegliche Hydraulikleitungsabschnitt während einer ersten Zeitpe riode mit wenigstens einem erstem Leitungsabschnitt in Verbindung steht, wobei der erste Leitungsabschnitt in den Hydraulikleitungsab schnitt mündet;
2. der bewegliche Hydraulikleitungsabschnitt während einer zweiten Zeit periode mit wenigstens einem zweiten Leitungsabschnitt in Verbindung steht, wobei der zweite Leitungsabschnitt in den Hydraulikleitungsab schnitt mündet; und
3. sich diese erste und diese zweite Zeitperiode wenigstens während einer Teilzeitperiode überschneiden.

13. Vorrichtung nach Anspruch 1, bei welcher die Nockenwelle (28) wenigstens teilweise als Hohlwelle ausgebildet ist, wobei

1. wenigstens ein Teil des hohlen Bereichs (76) von der Hydrauliköl-Ver sorgungseinrichtung umfaßt ist; und
2. sich von diesem hohlen Bereich (76) wenigstens eine Öffnung durch die Bewandung (78) der Nockenwelle (28) nach außen erstreckt.

14. Vorrichtung nach Anspruch 11, welche einen Verbindungsleitungsab schnitt, in den wenigstens zeitweise wenigstens ein Zuführleitungsabschnitt mündet und in den wenigstens zeitweise wenigstens ein Abführleitungsab schnitt mündet, aufweist,

1. wobei der Zuführleitungsabschnitt mit einer Druckquelle in Strömungs verbindung steht und wobei der Abführleitungsabschnitt mit einer von der Verstelleinrichtung (18) umfaßten Kammer (32, 34) in Strömungs verbindung steht; und
2. wobei wenigstens der Abführleitungsabschnitt gegenüber dem Verbin dungsleitungsabschnitt beweglich angeordnet ist, so daß dieser beweg lich angeordnete Abschnitt wenigstens zeitweise von dem Verbin dungsleitungsabschnitt trennbar ist.

15. Vorrichtung nach Anspruch 14, bei welcher der Verbindungsleitungsab schnitt eine sich gekrümmt um die Längsachse der Nockenwelle (28) er streckende Nut (64) ist, die in Umfangsrichtung der Nockenwelle (28) einen Umfangsbereich abdeckt, der kleiner als 360° ist.

16. Vorrichtung nach Anspruch 15, bei welcher sich die Nut (64)

1. in der Außenoberfläche der Nockenwelle (28); oder
2. in der Innenoberfläche (62) eines die Nockenwelle (28) mit im wesentli chen zylindrischer Innenoberfläche (62) ummantelnden und gegenüber der Nockenwelle (28) wenigstens zeitweise und teilweise drehbeweglich angeordneten angrenzenden Bauteils erstreckt.

17. Vorrichtung nach Anspruch 13, bei welcher die sich durch die Bewandung der Nockenwelle (28) nach außen erstreckende Öffnung ein Zuführlei tungsabschnitt ist.

18. Vorrichtung nach Anspruch 1, bei welcher die Nockenwelle (28) in wenig stens einer Gleitlagerbuchse (58) gelagert ist, die von der Zwangssteue rungs-Einrichtung wenigstens teilweise umfaßt ist.

19. Vorrichtung nach Anspruch 14, bei welcher der Abführleitungsabschnitt in der Gleitlagerbuchse (58) der Nockenwelle (28) wenigstens teilweise inte griert ist.

20. Vorrichtung nach Anspruch 14, bei welcher der Verbindungsleitungsab schnitt in der Gleitlagerbuchse (58) der Nockenwelle (28) wenigstens teil weise integriert ist.

21. Vorrichtung nach Anspruch 19, bei welcher die Gleitlagerbuchse (58) von einer Buchsenaufnahmeeinrichtung, wie einem Zylinderkopf (74), aufge nommen wird.

22. Vorrichtung nach Anspruch 20, bei welcher die Gleitlagerbuchse (58) ge genüber der Buchsenaufnahmeeinrichtung und gegenüber der Nocken welle (28) beweglich angeordnet ist.

23. Vorrichtung nach Anspruch 1, bei welcher von der Zwangssteuerungs- Einrichtung die Verbindung zwischen Druckölquelle und einer ersten Kam mer (32) der Verstelleinrichtung, die zur Verstellung des Verdrehwinkels der Nockenwelle (28) in Richtung der Drehrichtung der Nockenwelle (28) mit Drucköl beaufschlagbar ist, wenigstens zeitweise unterbrochen ist, wenn auf die Nockenwelle (28) lastseitig ein einem konstanten Moment überlagertes Verzögerungsmoment ausgeübt wird.

24. Vorrichtung nach Anspruch 1, bei welcher von der Zwangssteuerungs-Ein richtung die Verbindung zwischen Druckölquelle und einer zweiten Kam mer (34) der Verstelleinrichtung, die zur Verstellung des Verdrehwinkels der Nockenwelle (28) in zur Drehrichtung der Nockenwelle (28) entgegen gesetzten Richtung (Gegenrichtung) mit Drucköl beaufschlagbar ist, wenig stens zeitweise unterbrochen ist, wenn auf die Nockenwelle (28) lastseitig ein einem konstanten Moment überlagertes Beschleunigungsmoment aus geübt wird.

25. Vorrichtung nach Anspruch 23, bei welcher der Nocken (40, 42, 50) bei der Ventilbetätigung eine Auflaufphase durchläuft, während der Nocken (40, 42, 50) einen Ventilstößel (52) im wesentlichen von der Nockenwelle (28) wegdrückt, und eine Ablaufphase durchläuft, während der sich der Ven tilstößel (52) wieder an die Nockenwelle (28) annähert, und von der Zwangssteuerungs-Einrichtung die Verbindung zwischen Druckölquelle und der ersten Kammer (32) unterbrochen ist, wenn der Nocken (40, 42, 50) im wesentlichen in der Auflaufphase ist.

26. Vorrichtung nach Anspruch 23, bei welcher der Nocken (40, 42, 50) bei der Ventilbetätigung eine Auflaufphase durchläuft, während der Nocken (40, 42, 50) einen Ventilstößel 52 im wesentlichen von der Nockenwelle (28) wegdrückt, und eine Ablaufphase durchläuft, während der sich der Ven tilstößel 52 wieder an die Nockenwelle (28) annähert, und von der Zwangssteuerungs-Einrichtung die Verbindung zwischen Druckölquelle und der zweiten Kammer (34) unterbrochen ist, wenn der Nocken (40, 42, 50) im wesentlichen in der Ablaufphase ist.

27. Vorrichtung nach Anspruch 1, bei welcher von der Zwangssteuerungs- Einrichtung die Verbindung zwischen Druckölquelle und der ersten Kam mer (32) während der Auflaufphase und während der Ablaufphase des Nockens (40, 42, 50) im wesentlichen unterbrochen ist.

28. Vorrichtung nach Anspruch 1, bei welcher von der Zwangssteuerungs-Ein richtung die Verbindung zwischen Druckölquelle und der zweiten Kammer (34) während der Auflaufphase und während der Ablaufphase des Nockens (40, 42, 50) im wesentlichen unterbrochen ist.

29. Vorrichtung nach Anspruch 2, bei welcher die Unterbrechungsperioden während der Druckbeaufschlagung der ersten Kammer (32) und während der Druckbeaufschlagung der zweiten Kammer (34) verschieden sind.

30. Vorrichtung nach Anspruch 2, welche eine Verstelleinrichtung zur Verstel lung der zwangsgesteuerten Unterbrechungsperioden aufweist.

31. Vorrichtung nach Anspruch 2, welche eine Verstelleinrichtung zur Verstel lung der Unterbrechungslängen aufweist.

32. Vorrichtung nach Anspruch 2, welche eine Verstelleinrichtung zur Verstel lung der Lage der zwangsgesteuerten Unterbrechungslängen zu einem fi xen Bezugspunkt wie dem absoluten Drehwinkel der Nockenwelle (28) aufweist.

33. Vorrichtung nach Anspruch 1, bei welcher die Zwangssteuerungs-Einrich tung pro Zylinder des Motors, dessen Steuerzeit sich von allen Steuerzei ten der übrigen Zylindern unterscheidet, eine entsprechende Charakteristik aufweist.

34. Vorrichtung nach Anspruch 1, welche eine Zwangssteuerungs-Einrichtung, von der eine symmetrische Verstellkurve erzeugbar ist, aufweist, wobei die Verstellkurve der zeitliche Verlauf des Verstellwinkels der Nockenwelle (28) bei der Verstellung

1. von der Richtung "spät" in Richtung "früh" und dem sich nach dem Ver streichen einer bestimmten Zeitperiode anschließenden Rückverstellen in Richtung "spät" oder
2. von der Richtung "früh" in Richtung "spät" und dem sich nach dem Ver streichen einer bestimmten Zeitperiode anschließenden Rückverstellen in Richtung "früh"

ist.