DE4117963A1 - Stufenlos veraenderliches ventilzeitpunkt-steuersystem - Google Patents

Description

Die vorliegende Erfindung betrifft ein veränderliches Ventilzeitpunkt-Steuersystem für einen Motor eines Kraftfahrzeuges.

Die US-PS 45 35 731 zeigt ein System zur automatischen Veränderung der Zeitgebercharakteristik einer Nockenwelle relativ zu einer Antriebswelle einer Brennkraftmaschine. Dieses System weist eine axial gleitbare längsgenutete Hülse auf, die die Nockenwelle mit ihrer Antriebsriemenscheibe verbindet und wird durch ein Hydraulikfluid des Motors derart betätigt, daß sie die Winkellage der Nockenwelle durch ein Ventil verändert, das durch eine elektromagnetische Betätigungseinrichtung gesteuert wird. Die Hülse ist axial zwischen zwei Grenzlagen bewegbar, wobei die eine Grenzlage durch eine Rückstellfeder festgelegt wird, während die andere durch das Anlegen des Druckes des Hydraulikfluides bestimmt wird. Somit ist die Winkellage der Nockenwelle lediglich auf zwei Stellungen einstellbar.

Ein Ziel der vorliegenden Erfindung besteht darin, ein stufenlos veränderliches Ventilzeitpunkt-Steuersystem anzugeben, bei dem die Winkellage der Nockenwelle kontinuierlich veränderbar ist.

Ein spezielles Ziel der vorliegenden Erfindung besteht darin, ein stufenlos veränderliches Ventilzeitpunkt-Steuersystem anzugeben, bei dem die Winkellage der Nockenwelle stufenlos variabel ist, ohne daß auf eine Rückkopplungssteuerung für die Änderung des Niveaus des Hydraulikfluides bzw. Hydraulikfluiddruckes zurückgegriffen wird.

Erfindungsgemäß ist ein stufenlos veränderliches Ventilzeitpunkt-Steuersystem für einen Motor vorgesehen, das aufweist:
eine Nockenwelle,
ein Antriebsteil,
eine Schraubenhülse, die zwischen der Nockenwelle und dem Antriebsteil angeordnet ist, um zwischen diesen eine Antriebsverbindung herzustellen, wobei die Schraubenhülse axial zwischen zwei Grenzlagen bewegbar ist, um eine Phasenlage zwischen der Nockenwelle und dem Antriebsteil zu verändern,
eine Einrichtung zum Betätigen der Schraubenhülsen damit sich diese zwischen den zwei Grenzlagen bewegt, wobei eine Momentanstellung der Schraubenhülse erfaßt wird und eine Einrichtung vorgesehen ist, um die Schraubenhülse festzuhalten, die in zwei entgegengesetzten Richtungen bewegbar ist, wenn die erfaßte Momentanlage eine neue Stellung erreicht, wodurch die neue Stellung kontinuierlich stufenlos zwischen einer der beiden Grenzlagen und der anderen, entgegengesetzten Grenzlage variieren kann.

Bevorzugte Ausgestaltungen des Erfindungsgegenstandes sind in den Unteransprüchen dargelegt.

Die Erfindung wird nachstehend anhand eines Ausführungsbeispieles und zugehöriger Zeichnungen näher erläutert. In diesen zeigt

Fig. 1 eine Teilschnittdarstellung eines Motors eines Kraftfahrzeuges (Auto), das ein Ausführungsbeispiel eines stufenlos veränderlichen Ventilzeitpunkt-Steuersystems nach der vorliegenden Erfindung zeigt,

Fig. 2 eine Ansicht ähnlich derjenigen in Fig. 1, die zur Erläuterung der Arbeitsweise des erfindungsgemäßen Systems verwendet wird, und

Fig. 3 eine vergrößerte Explosionsdarstellung einer geteilten, konischen Hülse.

Bezug nehmend auf Fig. 1 ist ein Teil eines Motors mit doppelter obenliegender Nockenwelle gezeigt, der eine Nockenwelle 1 enthält, die drehbar über ein Lager 2a an einem Zylinderkopf 2 gelagert ist. Die Nockenwelle 1 enthält einen Endabschnitt 1a, der von einem Längsende des Zylinderkopfes 2 in eine Ketten- oder Riemenabdeckung 25 nach außen vorspringt. Der Endabschnitt 1a der Nockenwelle 1 besitzt eine Kappe 3, die fest zur gemeinsamen Drehung mit der Nockenwelle 1 auf dieser durch eine Hohlschraube 4 befestigt ist. Die Hohlschraube 4 wird von dem axialen Ende des Endabschnittes 1a axial eingeschraubt und bildet einen axialen Fluidkanal 17. Ein Flanschring 8 ist mit dem Endabschnitt 1a in Anlage mit dem benachbarten axialen Ende der Kappe 3 und in einer Keil- bzw. Federnutverbindung mit der Nockenwelle 1. Innerhalb des Deckels 25 ist ein Antriebsteil, z. B. eine Zeitgeberriemenscheibe 5, angeordnet. Die Zeitgeberriemenscheibe 5 enthält einen verzahnten Abschnitt 7 und eine Hülse 6, die in Antriebsverbindung mit der Kappe 3 über eine axial geteilte Schraubenhülse 10 gekuppelt ist. Die Hülse 6 besitzt gemäß Ansicht in Fig. 1 ein rechtsseitiges Ende, das durch den Flanschring 8 geschlossen ist sowie ein linksseitiges Ende, bezogen auf die Darstellung in Fig. 1, das durch eine kreisförmige Endplatte 9 verschlossen ist. Wie leicht aus Fig. 1 ersichtlich ist, wirkt die Hülse 6 mit der kreisförmigen Endplatte 9, dem Endabschnitt 1a der Nockenwelle 1 und der Schraubenhülse 10 zusammen, um eine Druckkammer 13 zu bilden. Obwohl dies nicht gezeigt ist, bestimmt unter der Steuerung durch eine Steuereinheit ein Elektromagnetventil 18 einen Hydraulikfluiddruck in einer Fluidleitung 16b. Die Zuführung des Hydraulikfluids zu der Druckkammer 13 und die Abführung desselben von der Druckkammer 13 wird durch die Fluidleitung 16b, einen Radialkanal 16a und den Axialkanal 17 durchgeführt.

Die Schraubenhülse 10 ist axial in zwei ringförmige Stücke 10a und 10b geteilt, die durch eine Mehrzahl von Bolzen bzw. Stiften, die einen kurzen Stift 12 und einen langen Stift 23 beinhalten, miteinander verbunden sind. Der kurze Stift 12 ist durch eine Feder 11 vorgespannt. Eine Rückstellfeder 15 für die Schraubenhülse 10 ist betrieblich zwischen dem Flanschring 8 und dem ringförmigen Stift 10b angeordnet. Die Schrauben- bzw. Spiralhülse 10 ist mit schrauben- bzw. spiralförmigen Zähnen zumindest an einer ihrer zylindrischen Innen- oder Außenflächen versehen und ist in Kämmeingriff mit einem Innenfedernutprofil der Hülse 6 und einem Außenfedernutprofil der Kappe 3, um eine Antriebsverbindung zwischen der Zeitgeberriemenscheibe 5 und der Nockenwelle 1 herzustellen.

Mit dem Bezugszeichen 19 ist eine Bewegungsübertragungsvorrichtung bezeichnet, die einen langgestreckten Stift 23, eine schwimmende Scheibe 22, angeordnet in der Kammer 13, und einen Bewegungserfassungsstab 24 enthält. Die Bewegungsübertragungsvorrichtung 19 ist so aufgebaut und angeordnet, daß sie zumindest eine axiale Bewegung der Schrauben- bzw. Spiralhülse 10 auf den Bewegungserfassungsstab 24 überträgt. Der langgestreckte Stift 23 ist fest mit der Scheibe 22 für eine gemeinsame Bewegung mit dieser verbunden. Der axiale Abstand zwischen der Scheibe 22 und der Schrauben- bzw. Spiralhülse 10 ist so gewählt, daß die Scheibe 22 gegen die Innenwand der kreisförmigen Endplatte unter der Vorspannkraft der Rückstellfeder 15 anliegt, wie dies in Fig. 1 dargestellt ist. Somit zeigt Fig. 1 eine durch die Feder festgelegte Grenzlage der Schrauben- bzw. Spiralhülse 10, d. h. eine der zwei Grenzstellungen der Schraubenhülse 10. Der Bewegungserfassungsstab 24 ist fest mit der Scheibe 22 verbunden und erstreckt sich durch eine Mittelöffnung 9a der kreisförmigen Endplatte 9 und anschließend durch die Abdeckung 25 nach außen. Die Mittelöffnung 9a ist in flüssigkeitsdichter Weise abgedichtet.

Durch das Bezugszeichen 20 ist eine Vorrichtung bezeichnet, um lösbar die Schrauben- bzw. Spiralhülse 10, die sich in beide Axialrichtungen bewegen kann, nachdem die Schrauben- bzw. Spiralhülse 10 ihre jeweilige Grenzlage verlassen hat, festzuhalten bzw. zu behindern. Diese Halte- bzw. Bewegungsbeschränkungsvorrichtung 20 weist ein rohrförmiges Gehäuse 26 auf, das ein Flanschende besitzt, welches fest mit dem Deckel verbunden ist und wobei das Gehäuse sich koaxial in axialer Richtung des Bewegungserfassungsstabes 24 erstreckt. Das rohrförmige Gehäuse 26 besitzt ein offenes Ende, das durch eine Endplatte 34a verschlossen ist, die aus Kunststoff besteht.

Innerhalb des rohrförmigen Gehäuses 26 ist ein im wesentlichen ringförmiger Körper 27 angeordnet. Der Ringkörper 27 besitzt ein Paar axial beabstandeter Bohrungen 27a und 27b, durch die sich der Bewegungserfassungsstab 24 erstreckt. Zwischen dem Bohrungspaar 27a und 27b ist eine axiale Zylinderbohrung 31 gebildet, die einen Kolben aufnimmt, sowie eine Zylinderbohrung 28b von vermindertem Durchmesser sowie eine Kegelbohrung 28. Die Kegelbohrung 28, gebildet durch die Begrenzungwand 28a, ist mit ihrem kegeligen Ende mit der Bohrung 27a verbunden und an ihrem gegenüberliegenden Ende durch eine Ringschulter 35 mit der Bohrung 28b von vermindertem Durchmesser verbunden. Die Bewegungsbeschränkungs- bzw. Festhaltevorrichtung 20 weist eine geteilte Kegelhülse 29, 30 auf, die am besten aus Fig. 3 ersichtlich ist. Die geteilte Kegelhülse 29, 30 ist in der konischen Bohrung 28a und der Bohrung 28b mit vermindertem Durchmesser angeordnet und durch eine Feder 37 in eine federbestimmte Lage vorgespannt, wie dies in Fig. 1 dargestellt ist. In dieser federbestimmten Position, die in Fig. 1 gezeigt ist, sind die Hülsenteile 29 und 30 voneinander radial durch einen geschlitzten Radialdehnungsring 36 beabstandet, so daß ihre zylindrischen Wandabschnitte 29e und 30e gegen die Zylinderwand der Bohrung 28b mit vermindertem Durchmesser gepreßt werden, während die Feder 37 die Hülsenteile 29 und 30 vorspannt, bis ihre kreisförmigen Schultern 38 gegen die Schulter 35 der Bohrung gepreßt werden. In dieser Lage sind die kegelförmigen Wandabschnitte 29a und 30a der Hülsenteile 29 und 30 von der die konische Bohrung begrenzten Wandung 28a beabstandet. Innerhalb der Zylinderbohrung 31 ist ein ringförmiger Kolben 39 angeordnet, der mit einer Mittelbohrung 39a versehen ist, durch die sich der Bewegungserfassungsstab 24 erstreckt. Der Kolben 39 teilt das Innere der Zylinderbohrung 31 in eine Belastungskammer 33a (Druck anlegen) und eine Freigabekammer 33b (Druck lösen). Der Kolben 39 besitzt integral einstückig einen Arbeitskolbenabschnitt 40 von vermindertem Durchmesser, der mit einer Kegelbohrung 40a gegenüberliegend zu den Kegelwandungen 29b und 30b der Hülsenteile 29 und 30 versehen ist. Der Arbeitsabschnitt 40 ist gleitbar in dem Bohrungsabschnitt 28b mit vermindertem Durchmesser aufgenommen. In Fig. 1 befindet sich der Kolben 39 in seiner Ruhelage, in der die die Kegelbohrung 40a begrenzende Wandung von den konischen Wandabschnitten 29b und 30b der Hülsenteile 29 und 30 beabstandet ist.

Die Zuführung von Hydraulikfluid zu jeder der Druckanlege- bzw. Druckentlastungskammern 33a bzw. 33b wird durch ein Elektromagnetventil 43 gesteuert. Wenn es die Stellung einnimmt, die in Fig. 1 gezeigt ist, wird das Hydraulikfluid, das von einer Pumpe 41 bereitgestellt wird, über eine Fluidleitung 42b zu der Druckentlastungs- bzw. Freigabekammer 33b zugeführt, während das Hydraulikfluid aus der Druckanlegekammer 33a über eine Fluidleitung 42a abgeführt wird. Wenn das Ventil 43 in eine Stellung schaltet, die in Fig. 2 gezeigt ist, wird das Hydraulikfluid aus der Entlastungskammer 33b abgegeben und das Hydraulikfluid wird an die Belastungs- bzw. Druckanlegekammer 33a zugeführt und belastet den Kolben 33, so daß dieser seinerseits die geteilte Kegelhülse 29, 30 belastet, um den Bewegungserfassungsstab 24 in festem Eingriff mit dem Körper 35 zu halten. In diesem Zustand wird die Axialbewegung des Bewegungserfassungsstabes 24 und somit die Schrauben- bzw. Spiralhülse 10 festgehalten, obwohl ihre Drehbewegung zugelassen wird, da der Körper 27 sich mit dem Bewegungserfassungsstab 24 dreht.

Der Bewegungserfassungsstab 24 besitzt einen Endabschnitt 24a, der sich in eine Hülse 34b erstreckt, die integral einstückig mit der Endplatte 34a ist. Die Hülse 34b wird durch eine Spule 34c umgeben, die einen Teil eines elektromagnetischen Aufnehmers des Stabhubsensors 34 bildet.

Die Arbeitsweise der Vorrichtung ist wie folgt:

Während eines Hubes der Schrauben- bzw. Spiralhülse 10 zwischen ihren beiden Grenzlagen nimmt das Ventil 43 die Position ein, die in Fig. 1 gezeigt ist, um eine freie Axialbewegung des Bewegungserfassungsstabes 24 zu gestatten. Die Schraubenhülse 10 bewegt sich aus der Lage, die in Fig. 1 gezeigt ist, nach rechts (bezogen auf die Darstellung in Fig. 1), wenn das unter Druck stehende Hydraulikfluid in die Kammer 13 zugeführt wird, indem das Elektromagnetventil 18 in eine seiner beiden Stellungen gebracht wird. Wenn eine umgekehrte Bewegung der Schraubenhülse 10 gewünscht wird, wird das Elektromagnetventil 18 in die andere Stellung geschaltet, um das Hydraulikfluid aus der Kammer 13 abzuführen. Die momentane Axialstellung der Spiral- bzw. Schraubenhülse 10 wird durch den Hubsensor 34 erfaßt. Somit wird dann, wenn die momentane Axialposition der Schraubenhülse 10 eine gewünschte Position erreicht bzw. mit dieser übereinstimmt, das Ventil 43 in die Stellung umgeschaltet, die in Fig. 2 gezeigt ist, um die geteilte Kegelhülse 29, 30 vorzuspannen, um den Bewegungserfassungsstab 42 festzuhalten. Auf diese Weise wird ohne jede Verzögerung die Schraubenhülse 10 in der gewünschten Axialstellung arretiert.

Die vorliegende Erfindung betrifft ein kontinuierlich bzw. stufenlos veränderliches Ventilzeitpunkt-Steuersystem mit einer Nockenwelle, einem Zeitgeberkettenrad und einer Schrauben- bzw. Spiralhülse, die zwischen der Nockenwelle und dem Zeitgeberkettenrad angeordnet ist, um eine Antriebsverbindung zwischen diesen herzustellen. Die Schrauben- bzw. Spiralhülse ist zwischen zwei axialen Grenzlagen axial bewegbar, um eine Phasenlage zwischen der Nockenwelle und dem Zeitgeberkettenrad zu verändern. Eine momentane Axialstellung der Schrauben- bzw. Spiralhülse wird erfaßt. Eine geteilte Kegelhülse hält einen Bewegungserfassungsstab fest, um die Schrauben- bzw. Spiralhülse, die sich in beiden Axialrichtungen bewegen kann, festzuhalten, wenn die erfaßte momentane Axialstellung eine neue Axialposition erreicht.

Claims (7)

1. Stufenlos veränderliches Ventilzeitpunkt-Steuersystem für einen Motor, mit:
einer Nockenwelle,
einem Antriebsteil,
einer Schraubenhülse, die zwischen der Nockenwelle und dem Antriebsteil angeordnet ist, um eine Antriebsverbindung zwischen diesen herzustellen, wobei die Schraubenhülse zwischen zwei Grenzlagen bewegbar ist, um eine Phasenlage zwischen der Nockenwelle und dem Antriebsteil zu verändern,
eine Einrichtung zum Betätigen der Schraubenhülse, um diese zwischen zwei axialen Grenzlagen zu bewegen,
dadurch gekennzeichnet, daß eine Momentanlage der Schraubenhülse (10) erfaßt wird und eine Einrichtung (20) zum Festhalten der Schraubenhülse (10) bei ihrer Bewegung in eine der beiden entgegengesetzten Richtungen vorgesehen ist, wenn die erfaßte Momentanlage eine neue Position erreicht, wodurch sich die neue Stellung stufenlos von einer der beiden Grenzstellungen in bezug auf die andere Grenzstellung stufenlos verändern kann.

2. Stufenlos veränderliches Ventilzeitpunkt-Steuersystem nach Anspruch 1, dadurch gekennzeichnet, daß eine Einrichtung (34) zur Erfassung der Momentanstellung der Schraubenhülse (10) vorgesehen ist.

3. Stufenlos veränderliches Ventilzeitpunkt-Steuersystem nach Anspruch 2, dadurch gekennzeichnet, daß die Erfassungseinrichtung eine Bewegungsübertragungsvorrichtung (19) mit einem Bewegungserfassungsstab (24) aufweist, die so aufgebaut und angeordnet ist, daß sie zumindest eine Axialbewegung der Schraubenhülse (10) auf den Bewegungserfassungsstab (24) überträgt.

4. Stufenlos veränderliches Ventilzeitpunkt-Steuersystem nach Anspruch 3, dadurch gekennzeichnet, daß die Erfassungseinrichtung einen elektromagnetischen Aufnehmer für eine Meßwertaufnahme einer Axialposition des Bewegungserfassungsstabes (24) aufweist.

5. Stufenlos veränderliches Ventilzeitpunkt-Steuersystem nach Anspruch 4, dadurch gekennzeichnet, daß der elektromagnetische Aufnehmer eine Wicklung (34c) rund um einen Abschnitt des Bewegungserfassungsstabes (24) aufweist.

6. Stufenlos veränderliches Ventilzeitpunkt-Steuersystem nach Anspruch 4, dadurch gekennzeichnet, daß die Halteeinrichtung eine geteilte Kegelhülse (29, 30) aufweist, die vorgesehen ist, um den Bewegungserfassungsstab (24) festzuhalten.

7. Stufenlos veränderliches Ventilzeitpunkt-Steuersystem nach Anspruch 6, dadurch gekennzeichnet, daß die Halteeinrichtung einen Ringkörper (35) und einen ringförmigen Hydraulikkolben (39) rund um den Bewegungserfassungsstab (24) aufweist, um zwischen diesen die geteilte Kegelhülse (29, 30) anzuordnen.