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Die Erfindung betrifft eine Verstelleinrichtung für eine Einrichtung
zur relativen Drehlagenveränderung
einer Welle zu einem Antriebsrad, insbesondere einer Nockenwelle
einer Brennkraftmaschine, nach dem Oberbegriff des Anspruches 1.
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Es ist eine Verstelleinrichtung bekannt
(WO 95/31633), mit der die Drehlage der Nockenwelle einer Brennkraftmaschine
geändert
werden kann. Die Nockenwelle trägt
drehfest ein Innenrad, das radiale Stege aufweist, die zugeordnete
Zellen eines Zellenrades in jeweils zwei gegeneinander wirkende
Druckräume
unterteilt. Dieses Zellenrad wird über einen Ketten- bzw. Riementrieb
von der Kurbelwelle einer Brennkraftmaschine angetrieben. Die Druckbeaufschlagung
der jeweiligen Druckräume
erfolgt dabei über
ein als 4/3-Wegeventil ausgebildetes Steuerventil, über das
die Druckräume
in Abhängigkeit
von der erwünschten
Drehlagenänderung
mit einer Druckmittelpumpe bzw. einem Druckmitteltank verbunden
sind. Dazu führt
von diesem Steuerventil jeweils eine Druckleitung zu allen gleichsinnig
wirkenden Druckräumen.
In diesen Druckleitungen ist darüber
hinaus jeweils ein hydraulisch entsperrbares Rückschlagventil angeordnet,
dessen Sperrwirkung jeweils vom Druck in der anderen Druckleitung
aufhebbar ist. Über
diese Rückschlagventile
kann in der Neutralstellung des Steuerventils bei Vernachlässigung
der Leckage-Verluste eine hydraulische Klemmung der beiden relativ
zueinander verdrehbaren Bauteile erzielt werden. Eine derartige
Einrichtung ist jedoch relativ aufwendig. Darüber hinaus kann es während des
Verstellvorganges aufgrund der nahezu ungedrosselten Verbindung
der einen Druckraumgruppe zum Druckmitteltank zu ungewollten Lageabweichungen
und ungenauen bzw. schwankenden Verstellvorgängen kommen.
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Aus der US-A 4,858,572 ist darüber hinaus eine
Einrichtung zur Drehlagenänderung
bekannt, bei der ein Innenteil drehfest mit dem Ende der Nockenwelle
verbunden ist und an seiner Außenseite mehrere über den
Umfang verteilte radiale Schlitze aufweist, in denen Flügelelemente
radial verschieblich geführt
sind. Dieses Innenteil wird von einem Zellenrad umgeben, das mehrere
hydraulisch beaufschlagbare Zellen aufweist, die durch die Flügel in zwei
gegeneinander auf diese einwirkende Druckräume unterteilt werden. Durch
Druckbeaufschlagung dieser Druckräume kann in Abhängigkeit
von der Druckdifferenz das Zellenrad relativ zum Innenteil und damit
zur Nockenwelle verdreht werden. Darüber hinaus ist im Zellenrad
in zwei radialen Bohrungen in definierten Winkellagen jeweils ein
hydraulisch beaufschlagbarer Kolben geführt, der in der zugeordneten
Endlage der Vorrichtung in eine radiale Vertiefung des Innenteils
eingeschoben werden kann. Diese Kolben werden durch Druckfederelemente
in Richtung Innenteil beaufschlagt und sind in Gegenrichtung durch
hydraulische Beaufschlagung der Bohrungen im Innenring verschiebbar.
Durch diese federbeaufschlagten Kolben soll die Vorrichtung in einer
ihrer beiden Endlagen verriegelt werden, so lange der Druck zur
Beaufschlagung der Druckräume ein
definiertes Niveau nicht erreicht. Erst bei Erreichen eines bestimmten
Druckniveaus werden die Kolben gegen die Wirkung der Druckfedern
zurückgeschoben
und ermöglichen
ein Verdrehen des Innenteils relativ zum Zellenrad. Mit einer derartigen Vorrichtung
sollen unter anderem Klappergeräusche beim
Anlauf der Brennkraftmaschine vermieden werden, die durch wechselnde
Momentenbelastungen beim Anlauf und Betrieb der Brennkraftmaschine
auftreten können.
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Der Erfindung liegt demgegenüber die
Aufgabe zugrunde, die gattungsgemäße Einrichtung zur relativen
Drehlagenänderung
einer Welle zum Antriebsrad dahingehend zu verbessern, daß diese
einfacher und kostengünstiger
aufgebaut ist und eine schwankungsfreie Drehlagenänderung
ermöglicht. Dabei
soll vor allem auf die Verwendung mehrerer aufwendiger und teurer
Steuerventile verzichtet werden.
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Darüber hinaus soll bei Stillstand
der Brennkraftmaschine und im stationären Betrieb der Einrichtung
eine einfach wirkende hydraulische Verriegelung ermöglicht werden.
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Diese Aufgabe wird erfindungsgemäß mit den
Merkmalen des Hauptanspruches gelöst.
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Dadurch, daß bei der Einleitung des Verstellvorganges
der eine Druckraum mit der Druckmittelpumpe verbunden wird bevor
der andere, entgegengerichtet wirksame mit dem Tankanschluß verbunden
wird, wird verhindert, daß der
Druckabfall auf der zu entlastenden Seite schneller erfolgt als
der Druckanstieg auf der gegenüberliegenden
Seite. Dadurch ergibt sich eine Dämpfung bzw. Drosselung auf der
Ablaufseite, durch die eine gegenüber dem Druckanstieg vorauseilende
Verstellung verhindert wird. Der Verstellvorgang wird damit gedämpft bzw. genauer.
Eine derartige Steuerung der Druckbeaufschlagung bzw. Druckentlastung
ermöglicht
den Verzicht auf aufwendige Dämpfungsmittel
und ermöglicht
auf einfache Weise ein kontrollierte Ansteuerung bzw. kontrollierte
Umsetzung der Verstellbewegung als Folge der Druckansteuerung.
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Eine über den gesamten Verstellvorgang
wirkende Dämpfung
bzw. Drosselung auf der Ablaufseite wird erreicht, wenn der Steuerquerschnitt über den Tankanschluß zu einem
Druckmitteltank während des
Verstellvorganges stets kleiner ist als der Öffnungsquerschnitt der Verbindung
des Druckanschlusses zur Druckmittelpumpe. Dadurch wird über den
gesamten Verstellvorgang ein Vorauseilen gegenüber dem Druckanstieg verhindert,
so daß über den
gesamten Verstellvorgang eine sehr genaue Lagezuordnung und eine
weitgehend schwankungsfreie Verstellung möglich ist.
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Eine besonders vorteilhafte und kostengünstige Ausbildung
der Einrichtung zur relativen Drehlagenänderung ergibt sich, wenn sowohl
die Zulaufsteuerung als auch die Ablaufsteuerung für die zugeordnete
Drehrichtung über
ein gemeinsames Ventilglied des Steuerventils gesteuert wird.
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Eine derartige Einrichtung zur relativen Drehlagenänderung
wird noch einmal vereinfacht bzw. kostengünstiger, wenn für beide
Richtungen der Drehlagenänderung
das gemeinsame Steuerventil bzw. das gemeinsame Ventilglied genutzt
werden.
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Das Steuerventil kann dabei auf besonders vorteilhafte
Weise als 4/3-Wegeventil ausgebildet sein, wobei das für die Zulauf-
und Ablaufsteuerung für
beide Drehrichtungen wirkende Ventilglied als Ventilschieber ausgebildet
ist.
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Weitere Vorteile und vorteilhafte
Weiterbildungen der Erfindung ergeben sich aus den Unteransprüchen und
der Beschreibung.
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Ein Ausführungsbeispiel der Erfindung
ist in der nachfolgenden Beschreibung und Zeichnung näher erläutert. Letztere
zeigt in
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1 eine
schematische Darstellung der Druckmittelversorgung für einen
phasenveränderbaren
Nockenwellenantrieb und in
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2 eine
schematische Darstellung des Steuerventils.
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In der Zeichnung ist mit 1 die Nockenwelle
einer Brennkraftmaschine bezeichnet, an der endseitig eine beispielsweise
aus der
DE 39 37 644
A1 bekannte Vorrichtung zur hydraulischen Drehwinkelverstellung
der Nockenwelle relativ zu ihrem Antriebsrad bzw. zur Kurbelwelle
angeordnet ist. Diese Verstellvorrichtung
2 hat ein drehfest
mit der Nockenwelle verbundenes Innenteil
3, das mit radialen
Stegen
4 versehen ist. Diese unterteilen die durch radiale
Stege
6 begrenzten Zellen eines Zellenrades
5 in
jeweils zwei gegensinnig wirkende Druckräume. Das Zellenrad
5 ist
gleichzeitig Antriebsrad und beispielsweise mit einem Kettentrieb
oder Riementrieb mit der Kurbelwelle der Brennkraftmaschine verbunden.
Durch entsprechende Druckbeaufschlagung der Druckräume kann
das mit der Nockenwelle
1 verbundene Innenteil
3 relativ
zum Zellenrad
5 verdreht werden, so daß sich die Phasenlage der die
Gaswechselventile betätigenden
Nocken ändern.
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Die hydraulische Ansteuerung der
Druckräume
erfolgt über
zwei in der Nockenwelle getrennt voneinander ausgebildeten Druckkanäle 7 und 8,
die über
zwei in einem Nockenwellenlager 9 ausgebildete Ringnuten 9 und 10 jeweils
mit einer Steuerleitung 11 bzw. 12 verbunden sind.
Die beiden Steuerleitungen 11 und 12 sind mit
einem Steuerventil 13 verbunden, das in diesem Ausführungsbeispiel
als 4/3-Wegeventil ausgebildet ist. Der Anschluß des Steuerventils 13 an
die Steuerleitung 11 ist mit A bezeichnet, der Anschluß an die
Steuerleitung 12 mit B. Das Steuerventil 13 weist
einen Druckanschluß P
und einen Rücklaufanschluß T auf.
Der Druckanschluß P ist über eine
Druckleitung 14 und ein Rückschlagventil 15 mit
der als Druckmittelquelle dienenden Schmiermittelpumpe 16 der
Brennkraftmaschine verbunden. Diese wiederum ist über eine
Saugleitung mit dem Ölvorratstank 17 bzw.
der Ölwanne
der Brennkraftmaschine verbunden. Der Rücklaufanschluß T des
Steuerventils 13 ist ebenfalls mit diesem Ölvorratstank 17 verbunden.
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In der Neutralstellung II des Steuerventils 13 sind
sowohl die Druckleitung 14 als auch der Rücklaufanschluß T und
die beiden Steuerleitungen 11 und 12 ventilseitig
verschlossen. In der Schaltstellung 1 des Steuerventils 13 ist
die Druckleitung 14 mit der Steuerleitung 11 verbunden
(P → B).
Die Steuerleitung 12 wiederum ist über den Rücklaufanschluß T mit
dem Ölvorratstank 17 verbunden
(A → T).
In der Schaltstellung III des Steuerventils 13 ist die
Druckleitung 14 mit der Steuerleitung 12 verbunden
(P → A),
während
die Steuerleitung 11 zum Ölvorratstank 17 geöffnet ist
(B → T).
In den beiden Schaltstellungen 1 und III des Steuerventils 13 erfolgt
aufgrund der in den jeweils angeschlossenen Druckräumen vorherrschenden
Druckdifferenzen eine Verdrehung des Innenteils relativ zum Zellenrad.
Dabei erfolgt beispielsweise in der Schaltstellung 1 eine
Verdrehung des Innenteils relativ zum Zellenrad im Uhrzeigersinn,
während
in der Schaltstellung III die relative Verdrehung entgegen dem Uhrzeigersinn
erfolgt. In der Neutralstellung II wird die relative Position der beiden
verdrehbaren Bauteile der Verstelleinrichtung durch die hydraulische
Einspannung beibehalten bzw. festgelegt.
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Das als 4/3-Proportionalwegeventil
ausgebildete Steuerventil 13 hat ein Ventilgehäuse 18 mit
einer Ventilbohrung 19, die von fünf zueinander beabstandeten
Ringnuten umgeben ist. Diese fünf
Ringnuten sind in der in 2 dargestellten
Anordnung von links nach rechts fortlaufend mit 20 bis 24 bezeichnet.
Die Ringnuten 20 und 24 sind dabei auf an sich
bekannte Weise mit dem Rücklaufanschluß T verbunden.
Die Ringnut 21 ist mit dem Druckanschluß B verbunden, während die
Ringnut 23 mit dem Druckanschluß A verbunden ist. Die mittlere Ringnut 22 ist
mit dem Druckanschluß P
verbunden. In der Ventilbohrung 19 ist dichtend und längsverschieblich
ein als Steuerkolben ausgebildetes Ventilglied 25 geführt. Dieses
Ventilglied 25 hat zwei beabstandete, dichtend in der Ventilbohrung 19 geführte Kolbenabschnitte 26 und 27,
die über
einen Kolbenabschnitt 28 geringeren Durchmessers miteinander verbunden
sind. Durch die beiden Kolbenabschnitte 26 und 27 wird
der zwischen dem Kolbenabschnitt 25 und der Wandung der
Ventilbohrung 19 ausgebildete Ringraum 29 abgeschlossen.
Die Länge
des Kolbenabschnittes 25 und die Länge der Kolbenabschnitt 26 und 27 sind
so auf die Breite und Abstände
der Ringnuten 20 bis 24 abgestimmt, daß in der
Neutralstellung II des Steuerventils 13 die Ringnuten 21 und 23 durch
den Kolbenabschnitt 26 bzw. 27 dicht verschlossen
sind. Der Abstand der beiden einander zugewandten Stirnseiten der
Kolbenabschnitte 26 und 27 ist dabei um ein für die sichere
Abdichtung erforderliches Maß kleiner
als der Abstand der einander zugewandten Seiten der Ringnuten 21 und 23.
Die Länge
der Kolbenabschnitte 26 und 27 ist so gewählt, daß die Überdeckung
der Ringnuten 21 und 23 auf der dem Druckanschluß P abgewandten
Stirnseite deutlich größer ist.
Wird das Ventilglied 25 aus der in 2 dargestellten Neutralstellung II beispielsweise nach
rechts in Schaltstellung 1 verschoben, wird der dem Druckanschluß P zugewandte
Bereich der Ringnut 23 vom Kolbenabschnitt 27 nicht
mehr überdeckt bzw.
freigegeben. Auf der gegenüberliegenden
Seite wird durch die größere Überdeckung
die Ringnut 21 noch vollständig durch den Kolbenabschnitt 26 überdeckt.
Zu Beginn des Verstellvorganges kann somit der dem Druckanschluß B zugeordnete
Druckraum beaufschlagt werden, ohne daß der gegenüberliegende, dem Druckanschluß A zugeordnete
Druckraum entlastet wird. Erst wenn das Ventilglied 25 weiter
nach rechts verschoben wird, wird auch die Ringnut 21 auf
der der Ringnut 20 zugewandten Seite nicht mehr vom Kolbenabschnitt 26 überdeckt
bzw. von diesem freigegeben, so daß die Verbindung A nach T geöffnet wird.
Die Abmessungen und Abstände
der Ringnuten sind dabei so auf die Abmessung des Ventilgliedes
abgestimmt, daß der Öffnungsquerschnitt – beim Verschieben
des Ventilgliedes nach rechts – an
der Ringnut 23 stets größer als
an der Ringnut 21 ist (Ablaufkantensteuerung). Wird das Ventilglied 25 in
analoger Weise aus der Neutralstellung II nach links in die Schaltstellung
III verschoben, wird die dem Druckanschluß P zugewandte Seite der Ringnut 21 nicht
mehr vom Kolbenabschnitt 26 überdeckt. Der Kolbenabschnitt 27 dichtet
andererseits aufgrund der größeren Überdeckung
die Ringnut 23 dabei noch vollständig ab. Erst wenn das Ventilglied 25 weiter
nach links verschoben wird, wird die Ringnut 23 in analoger
Weise auf der der Ringnut 24 zugewandten Seite nicht mehr überdeckt.
Auch hier ist der Öffnungsquerschnitt
der Ringnut 21 – bei
einer Verschiebung des Ventilgliedes 25 nach links – stets größer als
der an der Ringnut 23.