DE4216791A1

DE4216791A1 - Variable Nockenwellenverstellung mit proportionalem Lageregler

Info

Publication number: DE4216791A1
Application number: DE19924216791
Authority: DE
Inventors: Manfred Dr Kahrs; Gerhard Dipl Ing Kunz; Walter Dipl Ing Peterknecht
Original assignee: Alfred Teves GmbH
Current assignee: ITT Automotive Europe GmbH
Priority date: 1992-05-21
Filing date: 1992-05-21
Publication date: 1993-11-25
Also published as: WO1993023656A1

Description

Die vorliegende Erfindung betrifft eine variable Nocken wellenverstellung mit proportionalem Lageregler nach dem Oberbegriff des Anspruch 1.

Eine gattungsgemäße Nockenwellenverstellung ist z. B. in der DE-OS 39 29 621 beschrieben. Zur Betätigung der Nockenwellenverstellung ist dort eine Kolben-Zylinder- Einheit mit zwei Arbeitskammern vorgesehen, von denen mindestens eine während der gesamten Betriebszeit von einer Pumpe, die von der Nockenwelle angetrieben wird, mit Druckmittel beaufschlagt wird und lediglich über ein Druckbegrenzungsventil mit einem Druckmittelbehälter in Verbindung steht.

Nachteilig an dieser Nockenwellenverstellung ist, daß die Druckmittelpumpe auch dann den vom Druckbegrenzungsventil vorgegebenen Maximaldruck liefern muß, wenn dies nicht benötigt wird, was Energie kostet und zu einer unnötig hohen Geräuschbelastung führt.

Aufgabe der Erfindung ist es, eine gattungsgemäße Nocken wellenverstellung so weiterzubilden, daß eine Reduzierung von Energieverbrauch und Geräuschentwicklung bei gleich bleibend hoher Funktionalität und kostengünstigem Aufbau der Nockenwellenverstellung erzielt wird.

Erfindungsgemäß wird diese Aufgabe durch die im kenn zeichnenden Teil des Anspruches 1 angegebenen Maßnahmen gelöst. Durch den dadurch entstehenden Bypass kann das Druckmittel ohne nennenswerten Widerstand in den Druck mittelbehälter abfließen, das Druckmittel wird also lediglich umgewälzt, was eine geringere Leistungsaufnahme der vorzugsweise an die Nockenwelle gekoppelten Pumpe und damit eine geminderte Geräuschentwicklung zur Folge hat. Zudem heizt sich das Druckmittel weniger stark auf, auf eine Kühlung kann möglicherweise ganz verzichtet werden. Die Bypass-Stellung des Ventils kann für jede Kolben stellung vorgesehen sein, falls letztere auch ohne Druck mittelbeaufschlagung stabil ist. Z.B. kann eine stabile Kolbenstellung dadurch erreicht werden, daß der Kolben durch Reibungskräfte äußere Kraft und den Umlaufdruck in seiner Position gehalten wird.

Die in Anspruch 2 angegebenen Maßnahmen bewirken, daß auf den Kolben, eine durch die Schrägverzahnung des Koppel gliedes bewirkte äußere Axialkraft einwirkt, so daß sich der Kolben auch ohne Druckmittelbeaufschlagung bzw. in der Bypass-Stellung des Ventils automatisch in eine der zwei möglichen Extremstellungen bewegt, vorzugsweise in diejenige, die während des größten Teils der Betriebs dauer des Verbrennungsmotors eingenommen wird.

Damit ist sichergestellt, daß sich der Kolben in der Bypass-Stellung des Ventils in einer besonders stabilen Position befindet. Der Energiespareffekt ist dann be sonders groß, wenn es sich hierbei um die im Betrieb des Verbrennungsmotors am häufigsten eingenommen Stellung handelt.

Bildet man das Ventil nach den in Anspruch 3 angegebenen Maßnahmen aus, ermöglicht man einen gleitenden Übergang von einer Druckbeaufschlagungs- zur Bypass-Stellung des Ventils. Dadurch, daß die Bypass-Stellung im stromlosen Zustand eingenommen wird, ist diese zugleich eine fail-safe-Stellung, die eine Funktion des Verbrennungs motors auch bei Ausfall der Stromversorgung des Ventils gewährleistet.

Anspruch 4 sieht vor, das Ventil als Proportionalventil auszubilden, und von einer elektrischen oder elektronischen Steuereinheit steuern zu lassen. Dies kann die Steuerelektronik des Verbrennungsmotors sein (sogen. Motor-Management) oder eine separate Steuereinheit, bzw. eine geeignete Kombination dieser beiden.

In Anspruch 5 ist eine bevorzugte Ausbildung des Proportionalventils beschrieben.

Nach Anspruch 6 ist ein Sensor vorgesehen der eine End stellung des Kolbens registriert und diese Information an die Steuereinheit weitergibt, die dann das Proportional ventil entsprechend steuern kann.

Dieser Sensor kann sowohl direkt in den Zylinder einge baut und als mechanischer Schalter oder als elektrischer bzw. elektronischer, vorzugsweise als berührungsloser Sensor ausgebildet sein oder sich an einer anderen, günstigen Stelle der Nockenwellenverstellung befinden. Statt des Sensorsignals kann auch das Signal des Istwert gebers der Nockenwellenverstellung mit übernommen werden.

Die einzige Abbildung zeigt die schematische Darstellung eines Ausführungsbeispiels der Erfindung.

Man erkennt die Nockenwelle 9 eines nicht abgebildeten Verbrennungsmotors, die ein schrägverzahntes Zahnrad auf weist, welches in einen schrägverzahnten Abschnitt des Koppelgliedes 11 eingreift. Das Koppelglied 11 weist weiterhin einen geradverzahnten Abschnitt auf, der in die Verzahnung des Ritzel 10 eingreift. Das Ritzel 10 ist über hier nicht dargestellte Bauteile mit der Kurbelwelle des Verbrennungsmotors verbunden, und treibt somit die Nockenwelle 9 an.

Das Koppelglied 11 ist in axialer Richtung verschiebbar angeordnet. Eine axiale Verschiebung des Koppelgliedes 11 bewirkt, daß, hervorgerufen durch die Schrägverzahnung von Nockenwelle 9 und Koppelglied 11, sich diese gegen einander verdrehen, während die geradverzahnte Verbindung von Koppelglied 11 und Ritzel 10 deren relative Winkel lage unverändert läßt. D.h. eine axiale Verschiebung des Koppelgliedes 11 resultiert in einer relativen Dreh winkeländerung zwischen Ritzel 10 und Nockenwelle 9.

Das Koppelglied 11 ist über geeignete, hier nicht näher beschriebene, Bauteile 12 drehentkoppelte mit einer Kolbenstange 13 eines Kolbens 2 verbunden, der in einem Arbeitszylinder 1 geführt wird.

Die axiale Verschiebung des Koppelgliedes 11 wird durch die Verschiebung des Kolbens 2 bewirkt. Andererseits be wirken die Richtung der Schrägverzahnung und die Dreh richtung des Ritzels 10, daß das Koppelglied 11 beim Aus bleiben einer vom Kolben 2 ausgeübten Kraft eine Axial kraft in Richtung auf den Kolben 2 zu ausübt.

Der Kolben 2 teilt den Arbeitszylinder 1 in eine erste Arbeitskammer 3 und eine zweite Arbeitskammer 4 auf, wo bei, bedingt durch die Querschnittsfläche der Kolben stange 13, in der ersten Arbeitskammer 3 eine geringere mit Druckmittel beaufschlagbare Kolbenfläche als in der zweiten Arbeitskammer 4 zur Verfügung steht.

Die erste Arbeitskammer 3 ist direkt an die Druckseite einer Pumpe 5 angeschlossen, und über ein Druckbegren zungsventil 8 mit einem Behälter 6 verbunden, in dem sich das Druckmittel befindet. Mit dem Behälter 6 ist auch die Saugseite der Pumpe 5 verbunden.

Die zweite Arbeitskammer 4 des Arbeitszylinders 1 ist mit einem Anschluß eines Proportionalventils 7 verbunden, das andererseits Verbindungen zum Behälter 6 und zur Druck seite der Pumpe 5 aufweist.

Die möglichen Schaltstellungen des Proportionalventils 7 sind:

a) direkte Verbindung der beiden Arbeitskammern 3, 4 untereinander. In dieser Stellung werden beide Arbeitskammern 3, 4 mit dem gleichen Druck beauf schlagt, die in der zweiten Arbeitskammer 4 größere wirksamen Kolbenfläche bewirkt eine Verschiebung des Kolbens 2 in Richtung auf das Koppelglied 11 zu, die Kolbenendposition in diese Richtung entspricht einer Nockenwellenverstellung die einen frühen Einlaßzeit punkt des Verbrennungsmotors bewirkt und wird daher als Stellung "früh" bezeichnet.
b) Anschließend an Schaltstellung a) befindet sich eine Schaltstellung, in der das Proportionalventil 7 vollkommen sperrt, d. h., die Arbeitskammern 3, 4 sind sowohl untereinander als auch vom Behälter 6 abge schottet, d. h. aus der zweiten Arbeitskammer 4 kann kein Druckmittel abfließen, die Stellung des Kolbens 2 bleibt ungeändert. Diese Schaltstellung wird zum Halten einer bestimmten Position verwendet.
c) In der nächsten Schaltstellung verbindet das Pro portionalventil 7 die zweite Arbeitskammer 4 mit dem Behälter 6, während die Druckseite der Pumpe abge schottet ist. Das heißt, das Druckmittel aus der zweiten Arbeitskammer 4 kann abfließen, der Kolben 2 bewegt sich in Richtung seiner zweiten Endstellung, die einem späteren Einlaßpunkt entspricht, und daher als Stellung "spät" bezeichnet wird.
d) Erfindungsgemäß ist eine weitere Schaltstellung vor handen, die einen Bypass zum Druckbegrenzungsventil 8 bildet und sowohl die erste Arbeitskammer 3 als auch die zweite Arbeitskammer 4 mit dem Behälter 6 verbindet. Das heißt, beide Arbeitskammer 3, 4 werden nur mit einem geringen Umlaufdruck beauf schlagt, die Pumpe 2 braucht nicht gegen das Druck begrenzungsventil 8 zu arbeiten, sondern kann das Druckmittel ohne großen Leistungsbedarf umpumpen.

Das Proportionalventil 7 wird von einer Steuereinheit 14 gesteuert, die aus den Signalen von hier nicht darge stellten Sensoren den Soll- und den Ist-Wert der Ver stellung der Nockenwelle 9 berechnet, und zur Behebung einer aufgetretenen Abweichung dieser Werte eine der Schaltstellungen des Proportionalventils 7 angesteuert, um dadurch den Kolben 2 in eine entsprechende Position zu bringen.

Des weiteren ist die Steuereinheit 14 mit einem Sensor 15 verbunden, der die Endposition "spät" des Kolbens 2 mißt. Befindet sich der Kolben 2 in dieser Position, wird die Bypass-Stellung des Proportionalventils 7 angesteuert. Diese Position wird bei stromlosen bzw. bei nur schwach bestromtem Proportionalventil 7 erreicht.

Bezugszeichenliste.

1 Arbeitszylinder
2 Kolben
3 erste Arbeitskammer
4 zweite Arbeitskammer
5 Pumpe
6 Behälter
7 Ventil
8 Druckbegrenzungsventil
9 Nockenwelle
10 Ritzel
11 Koppelglied
12 Bauteil
13 Kolbenstange
14 Steuereinheit
15 Sensor

Claims

1. Variable Nockenwellenverstellung mit in einem Arbeitszylinder (1) geführten Kolben (2), erster und zweiter Arbeitskammer (3, 4) des Arbeitszylinders (1), wobei in der ersten Arbeitskammer (3) eine geringere Kolbenfläche als in der zweiten Arbeits kammer (4) zur Verfügung steht, einer Pumpe (5), deren Saugseite mit einem Behälter (6) verbunden ist, und deren Druckseite direkt mit der ersten Arbeitskammer (3) und über ein Ventil (7) mit der zweiten Arbeitskammer (4) sowie über ein Druckbe grenzungsventil (8) mit dem Behälter (6) verbunden ist, dadurch gekennzeichnet, daß das Ventil (7) eine Bypass-Schaltstellung aufweist, in der sowohl die erste Arbeitskammer (3) als auch die zweite Arbeitskammer (4) und somit auch die Pumpe mit dem Behälter (6) verbunden sind.

2. Variable Nockenwellenverstellung nach Anspruch 1, dadurch gekennzeichnet, daß eine zur Nockenwellenverstellung vorhandene Einrichtung eine Axialkraft, vorzugsweise in Richtung auf die zweite Arbeitskammer zu ausübt, wobei insbesondere eine relative Verdrehung zwischen Nockenwelle (9) und diese antreibendem Ritzel (10) über ein axial zu diesen Bauteilen verschiebbares Koppelglied (11) erreicht wird, welches über Verzahnungen mit Ritzel (10) und Nockenwelle (9) verbunden ist, von denen mindestens eine eine Schrägverzahnung ist, wobei das Koppelglied (11) mittels geeigneter Bauteile (12,13) mit dem Kolben (2) verbunden ist, und auf diesen eine Axialkraft ausübt.

3. Variable Nockenwellenverstellung nach Anspruch 2, dadurch gekennzeichnet, daß die Bypass-Schaltstellung des Ventils (7) sich an eine Stellung anschließt, in der die zweite Arbeitskammer (4) direkt mit dem Behälter (6) verbunden ist, und daß die Bypass-Stellung im stromlosen Zustand des Ventils (7) eingenommen wird.

4. Variable Nockenwellenverstellung nach Anspruch 3, dadurch gekennzeichnet, daß das Ventil (7) ein Proportionalventil ist, das von einer elektrischen oder elektronischen Steuereinheit (14) gesteuert wird.

5. Variable Nockenwellenverstellung nach Anspruch 4, dadurch gekennzeichnet, daß das Proportionalventil (7) in einer seiner Schaltstellungen die zweite Arbeitskammer (4) mit der Pumpe (5) verbindet, in einer anderen die zweite Arbeitskammer (4) mit dem Behälter (6) verbindet und in einer Zwischenstellung sowohl die Arbeitskammern (3, 4) untereinander als auch vom Behälter (6) absperrt, sowie anschließend an die zweite beschriebene Schaltstellung die Bypass-Schaltstellung aufweist.

6. Variable Nockenwellenverstellung nach Anspruch 5, dadurch gekennzeichnet, daß ein Sensor (15) vorhanden ist, der die Endposition des Kolbens (2) feststellt, und diese Information an die Steuereinheit (14) weitergibt.