DE4117963C2 - Stufenlos veränderliches Ventilzeitpunkt-Steuersystem - Google Patents

Description

Die vorliegende Erfindung betrifft ein stufenlos veränder­ liches Ventilzeitpunkt-Steuersystem für einen Motor mit einer Nockenwelle, einem Antriebsteil, einer Hülse mit Schrägverzahnung, die zwischen der Nockenwelle und dem An­ triebsteil angeordnet ist, um eine Antriebsverbindung zwi­ schen diesen herzustellen, wobei die Hülse zwischen zwei Grenzlagen bewegbar ist, um die Phasenlage zwischen der Nockenwelle und dem Antriebsteil zu verändern, und einer Einrichtung zum Betätigen der Hülse, um diese zwischen den zwei axialen Grenzlagen zu bewegen.

Die US-PS 4 535 731 zeigt ein System zur automatischen Ver­ änderung der Zeitgebercharakteristik einer Nockenwelle re­ lativ zu einer Antriebswelle einer Brennkraftmaschine. Die­ ses System weist eine axial gleitbare längsgenutete Hülse auf, die die Nockenwelle mit ihrer Antriebsriemenscheibe verbindet und durch ein Hydraulikfluid des Motors der­ art betätigt wird, daß das Hydraulikfluid die Winkellage der Nockenwelle durch ein Ventil verändert, das durch eine elektromagnetische Be­ tätigungseinrichtung 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.

Weiterhin ist aus der DE 32 47 916 A1 eine Vorrichtung der eingangs genannten Art bekannt, bei der die Axialverstellung über einen öldruckgesteuerten Kolben mit Hilfe eines konti­ nuierlich betätigten Magnetventiles erreicht wird. Diese in einer Abströmsteuerung der Ablaßleitung des zugehörigen Druckraumes realisierte Steuerung erfordert allerdings eine verhältnismäßig komplizierte Ansteuerung des Magnetventiles mit Hilfe eines geschlossenen Regelkreises.

Der Erfindung liegt demgegenüber die Aufgabe zugrunde, ein stufenlos veränderliches Ventilzeitpunkt-Steuersystem für die Einstellung der Winkellage einer Nockenwelle zu einer Antriebswelle anzugeben, das auf unkomplizierte Weise die Erfassung einer Axialposition der schrägverzahnten Hülse und damit der Winkellage zur Einstellung des gewünschten Zeitgeberver­ haltens der Nockenwelle gestattet.

Diese Aufgabe wird bei einem stufenlos veränderlichen Ventilzeitpunkt-Steuersystem der eingangs genannten Art er­ findungsgemäß gelöst durch eine Klemmvorrichtung, die in einer ersten Stellung die momentane Position der Hülse fixiert und in einer zweiten Stellung die freie Bewegung der Hülse zuläßt, eine Vorspannvorrichtung zur Vorspannung der Klemmvorrichtung in der zweiten Stellung und eine Stellvor­ richtung zum Festspannen der Klemmvorrichtung in der ersten Stellung entgegen der Wirkung der Vorspannvorrichtung.

Bevorzugte Ausgestaltungen des Erfindungsgegenstandes sind in den Unteransprüchen dargelegt.

Die Erfindung wird nachstehend anhand eines Ausführungsbei­ spieles und zugehöriger Zeichnungen näher erläutert. In diesen zeigen:

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 dop­ pelter obenliegender Nockenwelle gezeigt, der eine Nocken­ welle 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 vor­ springt. Der Endabschnitt 1a der Nockenwelle 1 besitzt eine Kappe 3, die fest zur gemeinsamen Drehung mit der Nocken­ welle 1 auf dieser durch eine Hohlschraube 4 befestigt ist. Die Hohlschraube 4 wird von dem axialen Ende des Endab­ schnittes 1a axial eingeschraubt und bildet einen axialen Fluidkanal 17. Ein Flanschring 8 ist mit dem Endabschnitt 1a in Anlage und 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 Zeitgeberriemen­ scheibe 5 enthält einen verzahnten Abschnitt 7 und eine Hülse 6, die in Antriebsverbindung mit der Kappe 3 über eine axial geteilte Hülse 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 kreis­ förmigen Endplatte 9, dem Endabschnitt 1a der Nockenwelle 1 und der Hülse 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 durchge­ führt.

Die Hülse 10 ist axial in zwei ringförmige Stücke 10a und 10b geteilt, die durch eine Mehrzahl von Bolzen bzw. Stif­ ten, die einen kurzen Stift 12 und einen langen Stift 23 be­ inhalten, miteinander verbunden sind. Der kurze Stift 12 ist durch eine Feder 11 vorgespannt. Eine Rückstellfeder 15 für die Hülse 10 ist betrieblich zwischen dem Flanschring 8 und dem ringförmigen Stift 10b angeordnet. Die Hülse 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 An­ triebsverbindung zwischen der Zeitgeberriemenscheibe 5 und der Nockenwelle 1 herzustellen.

Mit dem Bezugszeichen 19 ist eine Bewegungsübertragungs­ vorrichtung bezeichnet, die einen langgestreckten Stift 23, eine schwimmende Scheibe 22, angeordnet in der Kammer 13, und einen Bewegungserfassungsstab 24 enthält. Die Bewe­ gungsübertragungsvorrichtung 19 ist so aufgebaut und an­ geordnet, daß sie zumindest eine axiale Bewegung der Hülse 10 mit Schrägverzahnung auf den Bewegungserfassungsstab 24 überträgt. Der langgestreckte Stift 23 ist fest mit der Scheibe 22 für eine gemeinsame Bewegung mit dieser ver­ bunden. Der axiale Abstand zwischen der Scheibe 22 und der Hülse 10 mit Schrägverzahnung 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 Hülse 10 mit Schrägverzahnung, d. h. eine der zwei Grenzstellungen der Hülse 10. Der Bewegungserfassungsstab 24 ist fest mit der Scheibe 22 verbunden und erstreckt sich durch eine Mittel­ öffnung 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, die den Zweck hat, lösbar die Hülse 10 mit Schrägverzahnung, die sich in beide Axialrichtungen bewegen kann, nachdem die Hülse 10 ihre jeweilige Grenzlage verlassen hat, festzuhalten bzw. zu behindern. Diese Klemmvorrichtung 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 wesent­ lichen 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 Zylin­ derbohrung 31 gebildet, die einen Kolben aufnimmt, sowie eine Zylinderbohrung 28b von vermindertem Durchmesser sowie eine Kegelbohrung 28. Die Kegelbohrung 28, gebildet durch die Begrenzungswand 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 vermin­ dertem Durchmesser verbunden. Die Klemmvorrichtung 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 darge­ stellt ist. In dieser federbestimmten Position, die in Fig. 1 gezeigt ist, sind die Hülsenteile 29 und 30 voneinander radial durch einen geschlitzten Radialdehnungsring 36 beab­ standet, so daß ihre zylindrischen Wandabschnitte 29e und 30e gegen die Zylinderwand der Bohrung 28b mit vermindertem Durchmesser gepreßt werden, während die Feder 37 die Hülsen­ teile 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 Zylinder­ bohrung 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 Kegel­ wandungen 29b und 30b der Hülsenteile 29 und 30 versehen ist. Der Arbeitsabschnitt 40 ist gleitbar in dem Bohrungsab­ schnitt 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 ein­ nimmt, die in Fig. 1 gezeigt ist, wird das Hydraulikfluid, das von einer Pumpe 41 bereitgestellt wird, über eine Fluid­ leitung 42b zu der Druckentlastungs- bzw. Freigabekammer 33b zugeführt, während das Hydraulikfluid aus der Druckanlege­ kammer 33a über eine Fluidleitung 42a abgeführt wird. Wenn das Ventil 43 in eine Stellung schaltet, die in Fig. 2 ge­ zeigt ist, wird das Hydraulikfluid aus der Entlastungskammer 33b abgegeben und das Hydraulikfluid wird an die Belastungs- bzw. Druckanlegekammer 33a zugeführt und belastet den Kolben 39, so daß dieser seinerseits die geteilte Kegelhülse 29, 30 belastet, um den Bewegungserfassungsstab 24 in festem Ein­ griff 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 ein­ stückig mit der Endplatte 34a ist. Die Hülse 34b wird durch eine Spule 34c umgeben, die einen Teil eines elektromagne­ tischen Aufnehmers einer Erfassungseinrichtung 34 zur Erfas­ sung der momentanen Position der Hülse 10 bildet.

Die Arbeitsweise der Vorrichtung ist wie folgt:
Während eines Hubes der Hülse 10 mit Schrägverzahnung 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 Hülse 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 Hülse 10 gewünscht wird, wird das Elektromag­ netventil 18 in die andere Stellung geschaltet, um das Hydraulikfluid aus der Kammer 13 abzuführen. Die momentane Axialstellung der Hülse 10 wird durch die Erfassungsvor­ richtung 34 erfaßt. Somit wird dann, wenn die momentane Axialposition der Hülse 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 Bewegungserfassungs­ stab 24 festzuhalten. Auf diese Weise wird ohne jede Verzö­ gerung die Hülse 10 in der gewünschten Axialstellung arre­ tiert.

Claims (8)

1. Stufenlos veränderliches Ventilzeitpunkt-Steuersystem für einen Motor, mit:
einer Nockenwelle (1),
einem Antriebsteil (5),
einer Hülse mit Schrägverzahnung (10), die zwischen der Nockenwelle und dem Antriebsteil angeordnet ist, um eine Antriebsverbindung zwischen diesen herzustellen, wobei die Hülse zwischen zwei Grenzlagen bewegbar ist, um die Phasenlage zwischen der Nockenwelle und dem Antriebsteil zu verändern, und
einer Einrichtung (18, 17, 13, 15) zum Betätigen der Hülse, um diese zwischen den zwei axialen Grenzlagen zu bewegen,
gekennzeichnet durch
eine Klemmvorrichtung (20), die in einer ersten Stellung die momentane Position der Hülse (10) fixiert (Fig. 2) und in einer zweiten Stellung die freie Bewegung der Hülse (10) zuläßt (Fig. 1),
eine Vorspannvorrichtung (36, 37) zur Vorspannung der Klemmvorrichtung (20) in der zweiten Stellung (Fig. 1), und
eine Stellvorrichtung (39) zum Festspannen der Klemmvorrichtung (20) in der ersten Stellung, entgegen der Wirkung der Vorspannvorrichtung (36, 37; Fig. 2).

2. Ventilzeitpunkt-Steuersystem nach Anspruch 1, gekennzeichnet durch eine Einrichtung (34, 24, 19) zur Erfassung einer momentanen Position der Hülse (10).

3. Ventilzeitpunkt-Steuersystem nach Anspruch 2, dadurch gekennzeichnet, daß die Erfassungseinrichtung (34, 24, 19) eine Bewegungsübertragungsvorrichtung (19) mit einem Bewegungserfassungsstab (24) zur Übertragung einer Axialbewegung der Hülse (10) auf den Bewegungserfassungsstab (24) aufweist.

4. Ventilzeitpunkt-Steuersystem nach Anspruch 3, dadurch gekennzeichnet, daß die Erfassungseinrichtung einen elektromagnetischen Aufnehmer (34) für die Erfassung einer Axialposition des Bewegungserfassungsstabes (24) aufweist.

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

6. Ventilzeitpunkt-Steuersystem nach einem der vorhergehenden Ansprüche, dadurch gekennzeichnet, daß die Klemmvorrichtung (20) eine geteilte Kegelhülse (29, 30) aufweist, die zur Fixierung einer Axialposition des Bewegungserfassungsstabes (24) vorgesehen ist.

7. Ventilzeitpunkt-Steuersystem nach Anspruch 6, dadurch gekennzeichnet, daß die Klemmvorrichtung (20) einen Ringkörper (27) enthält und daß die Stellvorrichtung einen Hydraulik-Ringkolben (39) aufweist, der den Bewegungserfassungsstab (24) umgibt, wobei der Ringkörper (27) und der Hydraulik-Ringkolben (39) zwischen sich die geteilte Kegelhülse (29, 30) axial beweglich aufnehmen.

8. Ventilzeitpunkt-Steuersystem nach Anspruch 6 oder 7, dadurch gekennzeichnet, daß die Vorspanneinrichtung (36, 37) eine geschlitzte Radial- Federhülse (36) enthält, die den Bewegungserfassungsstab (24) umgibt und zwischen den beiden Teilen der geteilten Kegelhülse (29, 30) angeordnet ist.